第六章平面波的传播反射和折射总结.ppt
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左半空间中的电磁场为: x z 反射波 Hr 入射波 Ei Hi Er x z 反射波 Hr 入射波 Ei Hi Er y y (a)垂直极化波 (b)平行极化波 上式说明在媒质Ⅰ中合成波具有如下特点: 1.合成电磁波在x方向上是行波。导体表面起着导行电磁波的作用。在传播方向上,无电场分量但存在磁场分量,这种波称为横电波(Transverse Electric wave),记为TE波。相速为 可见,相速可以大于光速,称这种波为快波。 2.合成波在z方向是一驻波。是非均匀平面波。 3.当时 , 。因此,在 处插入一导体板,将不会改变原来的场分布。这就是构成平行板波导的原理。 如果垂直于y轴再放置两块理想导体平板,由于电场与该表面垂直,满足边界条件,4块理想导体平板形成矩形波导,传播TE波。 3.合成波的平均功率流密度矢量为 合成的能量只沿着x方向传播。能量传播速度为 能量沿x方向的传播速度是沿x轴的分量。 5.导体表面上存在感应面电流。由边界条件可得 2.平行极化波的斜入射 同理可得 说明合成波仍然是x方向传播的行波,在z方向是驻波。不过在传播方向上没有磁场分量,却有电场分量,称之为横磁波(Transverse Magnetic wave),记为TM波。 6.5.4 全反射现象 对于非铁磁性媒质,若 ,即入射波从光密媒质入射到光疏媒质,由折射定律可以看出折射角大于入射角,随着入射角 的增大,折射角 将先于达到90度,对应于 的入射角称为临界角(critical angle),记为 当 , ,可得垂直极化波和平行极化波的反射系数是复数,模都是1,说明发生了全反射(total reflection)现象。 表面波概念 下面以垂直极化波为例,分析折射波的场分布特点。当 时,若 取复数值 ,折射定律仍成立 应用复数角的三角公式,则 因此 (1)发生全反射时,仍有折射波存在,此时 即小于无界媒质Ⅱ中平面波的相速,称之为慢波 由上式可得出以下结论: (2)慢波的振幅沿z方向指数衰减,这种波称为表面波 (surface wave)。 (3)能量只沿着界面x方向传播,沿z方向无能量传播。折射波沿z方向的衰减与欧姆损耗引起的衰减不同,并没有能量损耗掉,媒质Ⅱ中的这种波称为凋落波 (evanescent wave)。 (4)这种表面波是TE波。 对平行极化波也有类似的特点。 全反射理论在工程中有重要应用。 吸收材料 (a)平板介质 (b)光纤 全反射原理的应用 6.5.5* 负折射率材料 负折射率(negative refractive index)材料是指介电常数和磁导率同时为负值的人工合成电磁材料,目前在天然材料中,我们还未观察到同时为负值的情形。 假说 : 前苏联科学家V. G. Veselago于1964年提出 特点: 左手法则、逆Doppler效应、负辐射压力等 进展: 1999年美国加州大学 制造出人工左手材料 前景: 物理学和电磁学界的研究热点 应用: 负折射率材料具有很大的应用潜力,可以实现平板聚焦,天线波束汇聚,完美透镜,超薄谐振腔,后向波天线等功能,在微波和光学领域有广泛的应用价值,在军事上和日常生活中都可以发挥作用。 1.均匀平面波在无界理想介质中传播时,电场和磁场的振幅不变,它们在时间上同相,在空间相互垂直,并与传播方向组成右手螺关系,是TEM波。均匀平面波可表示为 式中 , 。 2.均匀平面波在有损耗媒质中传播时,电场、磁场和传播方向三者相互垂直,成右手螺旋关系,是TEM波。但电场和磁场的振幅按指数衰减,它们在时间上不再同相。此外电磁波的波长变短,相速减慢。 小 结 理想介质中,电磁波的能速等于相速, 3.在良导体中存在趋肤效应,穿透深度为 。导体的表面电阻为 。单位表面积的导体中的损耗功率是 。 4.相速是等相位面传播的速度, 。相速随频率变化的现象称为色散。群速是波群移动的速度, ,当群速有意义时,群速等于能速。 5.极化用电场合成矢量
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