《平面電磁波》PPT課件

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1、補(bǔ) 充 作 業(yè) ： 如 右 圖 所 示 一 個(gè) 沿 z軸 無 限 長(zhǎng) 的 橫 截 面 為 矩形 的 金 屬 管 ， 其 中 三 個(gè) 邊 的 電 位 為 零 ， 第 四 邊 與 其 它邊 絕 緣 ， 電 位 是 ， 求 管 內(nèi) 的 電 位 。 sin xU a 5-55-8 電 磁 波 的 分 類 （ 按 等 相 位 面 的 形 狀 分 ） ： 平 面 /柱 面 /球 面 平 面 電 磁 波 ： 等 相 位 面 為 無 限 大 平 面 。 均 勻 平 面 電 磁 波 ： 等 相 相 位 面 為 無 限 大 平 面 ， 且 等 相 位 面 上 ，各 點(diǎn) 的 場(chǎng) 強(qiáng) 大 小 相 等 ， 方 向 相

2、同 。 研 究 意 義 ： 雖 然 均 勻 平 面 電 磁 波 實(shí) 際 上 不 存 在 ， 但 討 論 它 有 實(shí) 際 意 義 。因 為 在 距 波 源 足 夠 遠(yuǎn) 處 ， 呈 球 面 的 波 陣 面 上 的 一 小 部 分 就 可以 近 似 看 作 平 面 ， 在 此 小 平 面 內(nèi) 的 波 就 可 以 作 為 均 勻 平 面 波來 分 析 。 均 勻 平 面 電 磁 波 是 研 究 電 磁 波 的 基 礎(chǔ) 。 因 為 均 勻 平 面 電 磁 波是 麥 氏 方 程 最 簡(jiǎn) 單 的 解 和 許 多 實(shí) 際 波 動(dòng) 問 題 的 近 似 。 6.1 無 耗 媒 質(zhì) 中 的 平 面 電 磁 波 6.

3、2 導(dǎo) 電 媒 質(zhì) 中 的 平 面 電 磁 波 6.3 電 磁 波 的 極 化 6.4 電 磁 波 的 色 散 和 群 速 6.5 均 勻 平 面 電 磁 波 向 平 面 分 界 面 的 垂 直 入 射 6.6 向 多 層 媒 質(zhì) 分 界 面 的 垂 直 入 射 (略 ， 不 考 ） 6.7 均 勻 平 面 電 磁 波 向 平 面 分 界 面 的 斜 入 射 6.8 均 勻 平 面 電 磁 波 的 全 透 射 和 全 反 射 一 、 無 耗 媒 質(zhì) 中 齊 次 波 動(dòng) 方 程 的 均 勻 平 面 波 解 一 般 情 況 下 ， 沿 +z方 向 的 均 勻 平 面 波 解圖 6-2 向 +z方

4、向 傳 播 的 波 表 明 ： 電 場(chǎng) 強(qiáng) 度 、 磁 場(chǎng) 強(qiáng) 度 與 傳 播 方 向 垂 直 ， 沒 有 傳 播 方 向 上 的 分 量 。 無 耗 媒 質(zhì) 中 的 平 面 電 磁 波 是 一 種 TEM波 。（ Transverse Electromagnetic Wave) TEM波 ： 對(duì) 傳 播 方 向 而 言 ， 電 磁 場(chǎng) 只 有 橫 向 分 量 ， 沒 有 縱 向 分 量 。其 電 場(chǎng) 強(qiáng) 度 、 磁 場(chǎng) 強(qiáng) 度 、 傳 播 方 向 構(gòu) 成 右 手 正 交 系 。 圖 6-1 均 勻 平 面 電 磁 波 的 傳 播 正 弦 電 磁 波 方 程 ： 正 弦 電 磁 場(chǎng) ， 沿 +

5、z方 向 的 均 勻 平 面 波 解 （ 復(fù) 數(shù) 形 式 ）分 析 ： 假 定 平 面 波 的 傳 播 方 向 為 z方 向 ， 等 相 位 面 為 X-Y平 面 ,電場(chǎng) 為 X軸 方 向 ， 且 它 僅 為 z的 函 數(shù) ， 則 電 場(chǎng) 和 磁 場(chǎng) 可 表 示 為 ：正 弦 均 勻 平 面 波 方 程 ： 方 程 的 通 解 ：方 程 的 實(shí) 際 解 ： (由 于 無 界 媒 質(zhì) 中 不 存 在 反 射 波 )右 邊 第 一 項(xiàng) 表 示 沿 +z方 向 傳 播右 邊 第 二 項(xiàng) 表 示 沿 -z方 向 傳 播波 阻 抗 由 于 ：可 得 ： 振 幅 時(shí) 間 相 位空 間 相 位 初 相相 位

6、 ， 代 表 場(chǎng)的 波 動(dòng) 狀 態(tài) 圖 6-3 理 想 介 質(zhì) 中 均 勻 平 面 電 磁 波 的 電 場(chǎng) 和 磁 場(chǎng) 空 間 分 布 上 邊 兩 式 表 明 ： 正 弦 均 勻 平 面 電 磁 波 的 電 場(chǎng) 和 磁 場(chǎng) 在 空 間 上 互相 垂 直 ， 在 時(shí) 間 上 是 同 相 的 ， 它 們 的 振 幅 之 間 有 一 定 的 比 值 ， 此 比值 取 決 于 煤 質(zhì) 的 介 電 常 數(shù) 和 磁 導(dǎo) 率 。 ExHy z上 圖 表 示 t = 0 時(shí) 刻 ， 電 場(chǎng) 及 磁場(chǎng) 隨 空 間 的 變 化 情 況 。 無 耗 媒 質(zhì) 中 ， 均 勻 平 面 波 的 主 要 參 數(shù) ：1、 相

7、 位 ： 代 表 場(chǎng) 的 波 動(dòng) 狀 態(tài)2、 周 期 、 頻 率 、 波 長(zhǎng) ：3、 波 數(shù) ： 指 單 位 距 離 上 的 相 位 變 化 振 幅 時(shí) 間 相 位空 間 相 位 初 相 4、 媒 質(zhì) 本 征 阻 抗 （ 波 阻 抗 ） 2p fk 5、 相 速 ： 等 相 位 面 行 進(jìn) 的 速 度 6、 復(fù) 坡 印 廷 矢 量 ：7、 平 均 坡 印 廷 矢 量 ：表 明 ： 與 傳 播 方 向 垂 直 的 所 有 平 面 上 ， 平 均 功 率 密 度 相 同 ， 即 在 傳 播 過 程中 無 衰 減 。 因 此 理 想 媒 質(zhì) 中 的 均 勻 平 面 電 磁 波 是 等 振 幅 波 。

8、8、 電 場(chǎng) 能 量 密 度 和 磁 場(chǎng) 能 量 密 度 的 瞬 時(shí) 值 ：表 明 ： 任 一 時(shí) 刻 電 場(chǎng) 能 量 密 度 和 磁 場(chǎng) 能 量 密 度 相 等 ， 各 為 總 電 磁 能 量 一 半 。9、 電 磁 能 量 平 均 值 ： 10、 能 量 傳 播 速 度 ：表 明 ： 均 勻 平 面 電 磁 波 的 能 量 傳 播 速 度 等 于 相 速 。 z 6-2 一 、 導(dǎo) 電 媒 質(zhì) 中 平 面 電 磁 波 的 傳 播 特 性 112 112 22 衰 減 常 數(shù)相 位 （ 移 ） 常 數(shù) 1、 導(dǎo) 電 媒 質(zhì) 波 阻 抗 jcc ejj 211 40arctan21 1 412

9、 c稱 為 導(dǎo) 電 媒 質(zhì) 的 波 阻 抗 ， 它 是 一 個(gè) 復(fù) 數(shù) 。 上 式 中 ， 說 明 ： 模 小 于 理 想 介 質(zhì) 的 本 征 阻 抗 ， 具 有 感 性 相 角 。意 味 著 電 場(chǎng) 強(qiáng) 度 和 磁 場(chǎng) 強(qiáng) 度 在 空 間 上 雖 然 仍 互 相 垂 直 ， 但 在時(shí) 間 上 有 相 位 差 ， 二 者 不 再 同 相 ， 電 場(chǎng) 強(qiáng) 度 相 位 超 前 磁 場(chǎng) 強(qiáng)度 相 位 ， 超 前 角 。 圖 6-5 導(dǎo) 電 媒 質(zhì) 中 平 面 電 磁 波 的 電 磁 場(chǎng) 2、 導(dǎo) 電 媒 質(zhì) 相 速 和 波 長(zhǎng) ：3、 導(dǎo) 電 媒 質(zhì) 波 長(zhǎng) ：說 明 ： 相 速 、 波 長(zhǎng) 比 理

10、 想 介 質(zhì) 慢 、 短 。 與 電 導(dǎo) 率 有 關(guān) 。 電 導(dǎo) 率 越 大 ， 相 速 越 慢 、 波 長(zhǎng) 越 短 。 隨 頻 率 有 關(guān) 。 頻 率 低 ， 相 速 慢 。 攜 帶 信 號(hào) 的 電 磁 波 其 不 同 的頻 率 分 量 將 以 不 同 的 相 速 傳 播 ， 導(dǎo) 致 信 號(hào) 失 真 即 色 散 。 導(dǎo) 電 媒質(zhì) 為 色 散 媒 質(zhì) 。 1221 2 11 1p d zv d t fp 2 5、 復(fù) 坡 印 廷 矢 量6、 平 均 坡 印 廷 矢 量 2 21 cos2 azmav z cES e e 2 21 *2 az jmz cES E H e e e 4、 坡 印 廷

11、 矢 量 的 瞬 時(shí) 值2 2 0( , ) ( , ) ( , )1 cos cos(2 2 2 )2 azmz cS z t E z t H z tEe e t z 7、 平 均 能 量 密 度說 明 ： 磁 場(chǎng) 能 量 大 于 電 場(chǎng) 能 量8、 能 量 傳 播 速 度 說 明 ： 能 速 等 相 速 2222222, 222, 1414141 4141 azmazcmmav azmeav eEeEHw eEEw , ,av av e av mw w w pavave wSv 2/1211 21 112 112 22 二 、 導(dǎo) 電 媒 質(zhì) 中 平 面 電 磁 波 的 傳 播 特 性 表

12、 明 ： 相 移 常 數(shù) 和 波 阻 抗 近 似 與 理 想 電 介 質(zhì) 相 同 ， 衰 減 常 數(shù) 與頻 率 無 關(guān) ， 正 比 于 電 導(dǎo) 率 。 因 此 均 勻 平 面 電 磁 波 在 低 損 耗 質(zhì) 中的 傳 播 性 ， 除 了 由 微 弱 的 損 耗 引 起 的 振 幅 衰 減 外 ， 與 理 想 媒 質(zhì)中 的 傳 播 特 性 幾 乎 相 同 。表 明 ： 良 導(dǎo) 體 中 電 場(chǎng) 相 位 超 前 磁 場(chǎng) 相 位 45度 。 表 明 ： 導(dǎo) 電 性 能 越 好 （ 電 導(dǎo) 率 越 大 ） ， 工 作頻 率 越 高 ， 趨 膚 效 應(yīng) 越 明 顯 ， 趨 膚 深 度 越 小 。 良 導(dǎo)

13、體 中 ： P166良 導(dǎo) 體 中 均 勻 平 面 電 磁 波 的 電 磁 場(chǎng) 分 量 和 電 流 密 度 為 ： 00)1(0 4000)1(0 )1(0 , 2, EJeJEJ eEEHeHEH eEE azjxx jcazjcxy azjx )1( 22121*21 220* jeEeHEeHES azzyxz 良 導(dǎo) 體 中 平 面 波 能 量 的 傳 播 在 z=0處 ， 平 均 功 率 流 密 度 為 221)0( 221Re 20 220EezS eEeSS zav azzav 22142121 202022002 EEadzeEdVEP azVc 表 明 ， 傳 入 導(dǎo) 體 的

14、 電 磁 波 實(shí) 功 率 全 部 轉(zhuǎn) 化 為 熱 損 耗 功 率 。 導(dǎo) 體 每 單 位 面 積 所吸 收 的 平 均 功 率單 位 面 積 導(dǎo) 體 內(nèi)傳 導(dǎo) 電 流 的 熱 損耗 功 率 表 面 阻 抗 ： 導(dǎo) 體 表 面 處 切 向 電 場(chǎng) 強(qiáng) 度 Ex與 切 向 磁 場(chǎng) 強(qiáng) 度 Hy之 比 。表 面 電 阻 ： RS 表 面 電 抗 ： XS表 明 ： 表 面 電 阻 相 當(dāng) 于單 位 長(zhǎng) 度 單 位 寬 度 而 厚度 為 的 導(dǎo) 體 塊 的 直 流電 阻 。 高 頻 時(shí) 導(dǎo) 體 的 電阻 遠(yuǎn) 大 于 低 頻 或 直 流 時(shí)的 電 阻 ， 這 是 由 于 趨 膚效 應(yīng) 使 高 頻 電 流

15、 在 導(dǎo) 體 上 所 流 過 的 截 面 積 減 少 ，從 而 使 電 阻 增 大 。 SSczyxS jXRjHEHEZ 2)1(000 1)(12 wlSS wlXR 圖 6-6 平 面 導(dǎo) 體 表 明 ： 導(dǎo) 體 表 面 電阻 所 吸 收 的 功 率 等于 電 磁 波 垂 直 傳 入導(dǎo) 體 所 耗 散 的 熱 損耗 功 率 。 提 供 一 種由 表 面 電 阻 求 導(dǎo) 體損 耗 功 率 的 方 法 . 0000 100 1)1( HEjjEdzeEdzJJ azjxS ）（從 電 路 的 觀 點(diǎn) 看 ， 此 電 流 通 過 表 面 電 阻 所 損 耗 的 功 率 為 ： 22122121

16、 20202 EERJP SSc 流 過 單 位 寬 度 平 面 導(dǎo) 體 的 總 電 流 為 ： 圖 6-6 平 面 導(dǎo) 體 對(duì) 于 良 導(dǎo) 體 ， 趨 膚 深 度 與 頻 率 和 媒 質(zhì) 導(dǎo) 電 性 的 關(guān) 系 如 何 ？ 趨 膚 深 度 動(dòng) 態(tài) 演 示 海 底 通 信 ： 減 小 趨 膚 效 應(yīng) ， 采 用 低 頻 電 磁 波 。 P167 例 6-2；P168 例 6-5； 屏 蔽 干 擾 信 號(hào) ： 增 大 趨 膚 效 應(yīng) ， 配 置 銅 制 或 鐵 制 的 屏 蔽 罩 。如 中 頻 變 壓 器 的 屏 蔽 鋁 罩 ， 晶 體 管 的 金 屬 外 殼 。 傳 輸 高 頻 信 號(hào) 時(shí) ：

17、 減 小 趨 膚 效 應(yīng) 。 導(dǎo) 線 上 的 電 流 集 中 在 導(dǎo) 線表 面 ， 相 當(dāng) 于 減 小 導(dǎo) 線 的 有 效 截 面 積 ， 從 而 增 大 了 導(dǎo) 線 電 阻 ，為 了 降 低 熱 損 耗 ， 需 減 小 電 阻 ： 用 多 股 線 或 同 軸 線 來 代 替 單根 導(dǎo) 線 增 加 導(dǎo) 線 截 面 積 ； 導(dǎo) 體 表 面 層 的 導(dǎo) 電 性 能 對(duì) 電 阻 的 影響 最 大 ， 為 了 減 小 電 阻 ， 一 些 要 求 高 的 高 頻 器 件 或 部 件 ， 表面 鍍 一 層 電 導(dǎo) 率 特 別 高 的 材 料 ， 如 金 、 銀 。 微 波 爐 加 熱 ： 增 大 趨 膚

18、效 應(yīng) 。 微 波 器 件 通 常 用 黃 銅 制 成 ， 但在 其 電 層 表 面 涂 以 若 干 微 米 的 銀 ， 保 證 表 面 電 流 主 要 在 銀 層通 過 。 微 波 爐 加 熱 表 面 為 良 導(dǎo) 體 ， 食 物 為 不 良 導(dǎo) 體 ， 餐 盤 為電 介 質(zhì) 。 P168 例 6-3 淬 火 ： 增 大 趨 膚 效 應(yīng) 。 利 用 高 頻 時(shí) 金 屬 導(dǎo) 體 上 的 電 流 將 集 中 在 表 面 ， 而 對(duì) 材 料 表 面 進(jìn) 行 加 熱 淬 火 。 6-10 5-165-105-13 無 界 媒 質(zhì) 中 （ 包 括 無 耗 媒 質(zhì) 和 導(dǎo) 電 媒 質(zhì) ） 的 均 勻 平

19、面 電 磁 波 是TEM波 ， 在 垂 直 于 傳 播 方 向 等 相 位 面 上 ， 電 場(chǎng) 強(qiáng) 度 矢 量 隨 時(shí) 間 在一 條 直 線 上 變 化 ， 其 矢 端 軌 跡 是 一 條 直 線 ， 因 此 為 線 極 化 波 。z=const 指 空 間 任 一 固 定 點(diǎn) 上 電 磁 波 的 電 場(chǎng) 強(qiáng) 度 矢 量 的 空 間 取 向 隨 時(shí)間 變 化 的 方 式 ， 以 電 場(chǎng) 強(qiáng) 度 矢 量 的 矢 端 軌 跡 來 描 述 。 只 有 場(chǎng) 分 量 Ex或 Ey 沿 x或 y方 向 的 線 極 化 波 場(chǎng) 分 量 Ex和 Ey同 相 一 、 三 象 限 線 極 化 波 場(chǎng) 分 量 Ex

20、和 Ey反 相 即 相 差 180 二 、 四 象 限 線 極 化 波正 數(shù) 負(fù) 數(shù)證 明 ： 合 成 電 磁 波 的 電 場(chǎng) 強(qiáng) 度 矢 量 的模 隨 時(shí) 間 作 正 弦 變 化 ， 夾 角 保持 不 變 ， 矢 端 軌 跡 為 一 條 直 線 ，位 于 一 三 象 限合 成 電 磁 波 的 電 場(chǎng) 強(qiáng) 度 矢 量 的模 隨 時(shí) 間 作 正 弦 變 化 ， 夾 角 保持 不 變 ， 矢 端 軌 跡 為 一 條 直 線 ，位 于 二 四 象 限圖 6-7 線 極 化 波 動(dòng) 畫 演 示 證 明 ： 合 成 電 磁 波 的 電 場(chǎng) 強(qiáng) 度 矢 量 的 大 小不 隨 時(shí) 間 變 化 ， 而 其 與

21、 x軸正 向 夾 角 將 隨 時(shí) 間 逆 時(shí) 針 變 化 。 因此 矢 端 軌 跡 為 圓 ， 稱 為 右 旋 圓 極 化 。合 成 電 磁 波 的 電 場(chǎng) 強(qiáng) 度 矢 量 的 大小 不 隨 時(shí) 間 變 化 ， 而 其 與 x軸正 向 夾 角 將 隨 時(shí) 間 順 時(shí) 針 變 化 。 因 此 矢 端 軌 跡 為 圓 ， 稱 為 右 旋 圓極 化 。 動(dòng) 畫 演 示 222 sincos2 ymyymyxmxxmx EEEEEEEE )cos( )cos(arctan xxm yym tE tE )(cos)(cos )sin( 2222 yymxxm yxymxm tEtE EEdtda 更 一

22、 般 的 情 況 是 Ex和 Ey及 x和 y之 間 為 任 意 關(guān) 系 。 重 點(diǎn) ： 極 化 形 式 的 判 斷P172 例 6-7 動(dòng) 畫 演 示 極 化 波 的分 解 和 合 成 例 6-7 判 斷 下 列 平 面 電 磁 波 的 極 化 形 式 ： 00 y 0 (8 6 )0(1) ( )(2) ( 2 )(3) ( 3 )(4) (3 4 5 )jkzx y jkzx y jkx z jk x yx y zE E e je eE E je je eE E e je eE E e e je e 解 ： (1) E=jE0(jex+ey)e-jkz， Ex和 Ey振 幅 相 等 ，

23、且 Ex相 位 超 前Ey相 位 /2， 電 磁 波 沿 +z方 向 傳 播 ， 故 為 右 旋 圓 極 化 波 。 (2) E=jE0(ex-2ey)ejkz， Ex和 Ey相 位 差 為 ， 故 為 在 二 、 四 象 限的 線 極 化 波 。 (3) EzmExm， Ez相 位 超 前 Ex相 位 /2， 電 磁 波 沿 +y方 向 傳 播 ， 故 為 右 旋 橢 圓 極 化 波 。 (4) rkejzxyreekjzyx nyx ejeeEejeeeEE 1005354100 )(554535在 垂 直 于 en的 平 面 內(nèi) 將 E分 解 為 exy和 ez兩 個(gè) 方 向 的 分 量

24、 ， 則 這 兩個(gè) 分 量 互 相 垂 直 ， 振 幅 相 等 ， 且 exy相 位 超 前 ez相 位 /2，exy ez=en， 故 為 右 旋 圓 極 化 波 。 例 6-8 電 磁 波 在 真 空 中 傳 播 ， 其 電 場(chǎng) 強(qiáng) 度 矢 量 的 復(fù) 數(shù) 表 達(dá) 式 為 4 20( )10 ( / )j zx yE e je e V m 試 求 ： (1) 工 作 頻 率 f;(2) 磁 場(chǎng) 強(qiáng) 度 矢 量 的 復(fù) 數(shù) 表 達(dá) 式 ； (3) 坡 印 廷 矢 量 的 瞬 時(shí) 值 和 時(shí) 間 平 均 值 ； (4) 此 電 磁 波 是 何 種 極 化 ， 旋 向 如 何 。 解 ： (1)

25、 真 空 中 傳 播 的 均 勻 平 面 電 磁 波 的 電 場(chǎng) 強(qiáng) 度 矢 量 的 復(fù)數(shù) 表 達(dá) 式 為 4 20( )10 ( / )j zx yE e je e V m 所 以 有 Hzf vfkvk 9 800103 ,2,1031,20 其 瞬 時(shí) 值 為 410 cos( ) sin( )x yE e t kz e t kz (2) 磁 場(chǎng) 強(qiáng) 度 復(fù) 矢 量 為 4 200 000 01 1 ( )10 ,120 j zz y xH e E e je e 磁 場(chǎng) 強(qiáng) 度 的 瞬 時(shí) 值 為 40( , ) Re ( ) 10 cos( ) sin( )j ty xH z t H

26、z ee t kz e t kz (3) 坡 印 廷 矢 量 的 瞬 時(shí) 值 和 時(shí) 間 平 均 值 為 8 2 20( , ) ( , ) ( , )10 cos ( ) sin ( )z zS z t E z t H z te t kz e t kz 8 8 0 01Re ( ) *( )21 10 10(1 1)2av z zS E z H ze e (4) 此 均 勻 平 面 電 磁 波 的 電 場(chǎng) 強(qiáng) 度 矢 量 在 x方 向 和 y方 向 的分 量 振 幅 相 等 ， 且 x方 向 的 分 量 比 y方 向 的 分 量 相 位 超 前 /2， 故為 右 旋 圓 極 化 波 。 水

27、平 極 化 ： 電 場(chǎng) 強(qiáng) 度 矢 量 平 行 于 地 面 的 線 極 化 波 。 如 ： 電視 信 號(hào) 的 發(fā) 射 與 接 收 。 垂 直 極 化 ： 電 場(chǎng) 強(qiáng) 度 矢 量 垂 直 于 地 面 的 線 極 化 波 。 如 ： 調(diào)幅 電 臺(tái) 的 發(fā) 射 與 接 收 。 圓 極 化 ： 很 多 情 況 下 ， 系 統(tǒng) 必 須 利 用 圓 極 化 才 能 正 常 工 作 。不 同 取 向 的 線 極 化 波 都 可 以 由 圓 極 化 天 線 收 到 。 如 現(xiàn) 代 戰(zhàn)爭(zhēng) 中 采 用 圓 極 化 天 線 進(jìn) 行 電 子 偵 察 和 實(shí) 施 電 子 干 擾 。 衛(wèi) 星通 信 系 統(tǒng) 中 ， 衛(wèi) 星

28、 上 的 天 線 和 地 面 站 的 天 線 均 采 用 圓 極 化進(jìn) 行 工 作 。 波 沿 傳 播 方 向 的 變 化 規(guī) 律 E2E1 E02E0 E(t) 動(dòng) 態(tài) 演 示 6-19： （ 1） （ 2） （ 3） Incident Wave 入 射 波Transmitted Wave 透 射 波Reflected Wave 反 射 波 反 射 系 數(shù) ： 定 義 分 界 面 處 反 射 波 電 場(chǎng) 強(qiáng) 度 幅 度 與 入 射 波 電 場(chǎng)幅 度 的 比 值 為 反 射 系 數(shù) 透 射 系 數(shù) ： 定 義 分 界 面 處 透 射 波 電 場(chǎng) 強(qiáng) 度 幅 度 與 入 射 波 電 場(chǎng)幅 度 的

29、 比 值 為 透 射 系 數(shù) 在 理 想 介 質(zhì) 與 理 想 導(dǎo) 體 的 分 界 面 有 ： 媒 質(zhì) 1中 的 合 成 場(chǎng) 強(qiáng) 為 ： 理 想 導(dǎo) 體 表 面 兩 側(cè) 磁 場(chǎng) 切 向 分 量 不 連 續(xù) ， 存 在 面 電 流 合 成 波 時(shí) 空 特 性 ：1、 合 成 電 場(chǎng) 和 磁 場(chǎng) 振 幅 均 為 駐 波 分 布 ： 兩 個(gè) 振 幅 相 等 ， 傳 播 方向 相 反 的 行 波 合 成 的 結(jié) 果 是 駐 波 。 波 腹 點(diǎn) ： 位 置 不 隨 時(shí) 間 變 化 的 最 大 值 點(diǎn) 。波 節(jié) 點(diǎn) ： 位 置 不 隨 時(shí) 間 變 化 的 零 值 點(diǎn) 。駐 波 ： 波 腹 點(diǎn) 和 波 節(jié) 點(diǎn)

30、 位 置 都 固 定 不 動(dòng) 的 電 磁 波 稱 為 駐 波 。 不同瞬間的駐波電場(chǎng) 2、 合 成 電 場(chǎng) 和 磁 場(chǎng) 在 空 間 上 仍 然 相 互 垂 直3、 電 場(chǎng) 和 磁 場(chǎng) 在 時(shí) 間 上 有 90度 的 相 位 差 ， 即 電 場(chǎng) 最 大 時(shí) 磁 場(chǎng) 為 零 ， 磁 場(chǎng) 最 大 時(shí) 電 場(chǎng) 為 零 。4、 平 均 坡 印 廷 矢 量 為 零 ， 即 駐 波 只 是 電 磁 能 量 的 振 蕩 ， 沒 有 電 磁 能 量 的 傳 輸 。說 明 ： 瞬 時(shí) 功 率 隨 時(shí) 間 按 周 期 變 化 ， 但 僅 在 兩 個(gè) 波 節(jié) 點(diǎn) 之 間 進(jìn) 行電 場(chǎng) 能 量 和 磁 碭 能 量 的

31、交 換 ， 并 不 發(fā) 生 電 磁 能 量 的 單 向 傳 輸 。2 * 01 1 1 1 1141Re Re sin cos 02 iav z ES E H e j k z k z 20 11( , ) ( , ) ( , ) sin2 sin2iz ES z t E z t H z t e k z t 駐 波 的 坡 印 廷 矢 量 的 瞬 時(shí) 值 為 ： 合 成 波 時(shí) 空 特 性 ：1、 合 成 電 場(chǎng) 波 為 行 駐 波 。 仍 然 在 固 定 位 置 處 有 最 大 值 和 最 小 值存 在 ， 但 最 小 值 不 再 為 零 。行 駐 波 ： 既 有 行 波 成 分 又 有 駐

32、波 成 分 的 電 磁 波 稱 為 行 駐 波 。區(qū) 域 一 ： 1 11 11 1 1 111 0 2000 10 1( )(1 )(1 ) ( )(1 ) 2 sin ( 2 sin ) jk z jk zi r x ijk z j k zx i jk z jk z jk zx i jk zx i jk z x i E E E e E e ee E e ee E e e ee E e j k ze E Te j k z 1 11 1 1 1 01 201 0 11 1 ( )1 1 )1 1 2 cos jk z jk zi r y ijk z j k zy i jk zy iH H H

33、e E e ee E e ee E e k z （ ）區(qū) 域 中 電 場(chǎng) 強(qiáng) 度 和 磁 場(chǎng) 強(qiáng) 度 的 模 為 (設(shè) Ei0=Em為 實(shí) 數(shù) ) 2/112111 2/11211 )2cos21(1 )2cos21( zkEHH zkEEE mm 在 分 界 面 或 離 分 界 面 半 波 長(zhǎng)整 數(shù) 倍 處 為 電 場(chǎng) 波 腹 點(diǎn) 和 磁場(chǎng) 波 節(jié) 點(diǎn)在 分 界 面 四 分 之 一 波 長(zhǎng) 的 奇數(shù) 倍 處 為 電 場(chǎng) 波 節(jié) 點(diǎn) 和 磁 場(chǎng)波 腹 點(diǎn) (1) 1(2)(3)1 行 波 狀 態(tài)駐 波 狀 態(tài)行 駐 波 狀 態(tài) 2、 電 磁 能 量 關(guān) 系 。 區(qū) 域 1中 的 入 射 波 功

34、 率 等 于 區(qū) 域 1中 的 反 射波 功 率 和 區(qū) 域 2中 的 透 射 波 功 率 之 和 。 符 合 能 量 量 守 恒 定 律 。 當(dāng) 電 磁 波 以 任 意 角 度 入 射 到 分 界 面 上 時(shí) ， 稱 為 斜 入 射 。 入 射 波 射 線 與 分 界 面 的 法 線 所 構(gòu) 成 的 平 面 稱 為 入 射 平 面 。 若 電 場(chǎng) 矢 量 平 行 于 入 射 平 面 ， 稱 為 平 行 極 化 。 若 電 場(chǎng) 矢 量 垂 直 于 入 射 平 面 ， 稱 為 垂 直 極 化 。 例 6-14 圖 6-20表 示 光 纖 (O ptical Fiber)的 剖 面 ， 其 中 光

35、 纖 芯 線的 折 射 率 為 n1， 包 層 的 折 射 率 為 n2， 且 n1n2。 這 里 采 用 平 面 波 的 反 、折 射 理 論 來 分 析 光 纖 傳 輸 光 通 信 信 號(hào) 的 基 本 原 理 。 設(shè) 光 束 從 折 射 率為 n0的 媒 質(zhì) 斜 入 射 進(jìn) 入 光 纖 ， 若 在 芯 線 與 包 層 的 分 界 面 上 發(fā) 生 全 反射 ， 則 可 使 光 束 按 圖 6-20所 示 的 方 式 沿 光 纖 軸 向 傳 播 。 現(xiàn) 給 定 n1和n2， 試 確 定 能 在 光 纖 中 產(chǎn) 生 全 反 射 的 進(jìn) 入 角 。 圖 6-20 光 纖 示 意 圖 解 ： 由 折 射 定 律 知 ， 12arcsin2 nncti ct 2 2/12120101 0101 1cos 2sinsinsin nnnnnn nnnn c ct 若 n0=1， 即 光 束 從 空 氣 進(jìn) 入 光 纖 ， 則 有 假 設(shè) n1=1.5, n2=1.48， 則 有 所 以 在 上 述 條 件 下 ， 只 要 光 束 進(jìn) 入 角 小 于 14.13 ， 光 束 即可 被 光 纖 “ 俘 獲 ” ， 由 多 重 全 反 射 而 在 其 中 傳 播 。 2221sin nn 14.13