电磁场与微波技术第三章.

1、 3-1 波动方程波动方程 3-2 理想介质中的正弦均匀平面电磁波理想介质中的正弦均匀平面电磁波 3-3 导电媒质中的正弦均匀平面电磁波导电媒质中的正弦均匀平面电磁波 3-4 电磁波的调制、色散、相速与群速电磁波的调制、色散、相速与群速 3-5 电磁波的极化特性电磁波的极化特性第三章第三章 正弦均匀平面电磁波正弦均匀平面电磁波(SUPW）在自由空间的传播在自由空间的传播 3.5 SUPW3.5 SUPW的极化特性的极化特性一一. . 极化的概念极化的概念电磁波的电场或磁场矢量随时间电磁波的电场或磁场矢量随时间t t的变化规律的变化规律（位置固定（位置固定z z0 0）极化特性极化特性二二. .

2、 极化的研究方法极化的研究方法1. 1. ，只需要研究，只需要研究nz( )E t2. 2. 的端点（的端点（P P）的运动轨迹）的运动轨迹EEHHEnEnHnHE , , E(t)EXEy00( )( )( ) sin()sin()xyxxyyE txE tyE txEtkzyEtkz0:z 00( )sin() (sincoscossin)pxxxxxxxE tEtEtt00( )sin() (sincoscossin)pyyyyyyyE tEtEtt三三. SUPW. SUPW电场矢端电场矢端P P的轨迹方程的轨迹方程P(xP,yp)yxoxxxpttExsincoscossin0yyy

3、pttEysincoscossin0 xyyxyxyxyxyxyxxypyxpttttttEyEx sinsincossinsincossinsinsincoscossinsinsinsincossincossinsinsin00:sin)2(sin) 1 (xy(1) sincoscossin0 xxxpttEx(2) sincoscossin0yyypttEy:cos)2(cos) 1 (xyxyyxyxyxyxyxyxxypyxpttttttEyEx sincossincoscossincossincoscoscoscossincossincoscoscossincoscos00(3)(

4、4)(3)式平方减去(4)式平方，得P P点的运动轨迹方程可以表示直线、圆或椭圆点的运动轨迹方程可以表示直线、圆或椭圆2000202200022022000220200200cos2 coscoscos2cos sinsinsin2sin coscossinsin ypxyypxpxpxypyxypxpyxpxypyxypxpyxpxypyxpxypyxpEyEyExExEyEyExExEyEyExExEyExEyEx左yy2sin右xyypxyypxpxpEyEyExEx2200020sincos2 四四. . 极化的类型（按照轨迹形状）极化的类型（按照轨迹形状）1.1.线极化波线极化波【定

5、义定义】电场矢端电场矢端P P点的轨迹为一条直线点的轨迹为一条直线【条件条件】(0, 1, 2.)yxmm 【方程方程】22000000()( 1) 2()0( 1)ppppmxxyyppmyxxxyyEEEEyxEE 【规律规律】 与与 同或反相位同或反相位xEyE001 ypmxpEyExm为偶数时，同相位，p点轨迹在一、三象限；m为奇数时，反相位，p点轨迹在二、四象限；0yxyx2.2.圆极化波圆极化波【定义定义】电场矢端电场矢端P P点的轨迹为圆点的轨迹为圆【条件条件】0002xyyxEEE 且【方程方程】2220()()ppxyE+【旋向旋向】 拇指指向电磁波传播方向，四指握向电场矢

6、端拇指指向电磁波传播方向，四指握向电场矢端的旋转方向，满足左手螺旋关系称为左旋圆极化波；的旋转方向，满足左手螺旋关系称为左旋圆极化波；满足右手螺旋关系称为右旋圆极化波。满足右手螺旋关系称为右旋圆极化波。1）左旋圆极化：）左旋圆极化：000 ,2EEEyxxytEEtEExoyzyxcossin000处有：面oyxzn 时刻0 . 11tt)2t0(t t. 2222t t .33P P的运动方向与波的传播的运动方向与波的传播方向满足方向满足左手螺旋法则左手螺旋法则即即 相位超前相位超前 相位相位 ， 追随追随 变化规律变化规律yExE2xEyE 2 2）右旋圆极化：）右旋圆极化：即即 相位超前

7、相位超前 相位相位 ， 追随追随 变化规律变化规律xEyE2yExEP P的运动方向与波的传播方向满足的运动方向与波的传播方向满足右手螺旋法则右手螺旋法则000 ,2EEEyxxy【讨论讨论】1 1）圆极化）圆极化x x线极化线极化y y线极化线极化（两个极化方向互相垂直、相位差（两个极化方向互相垂直、相位差9090的等幅的等幅线极化波）线极化波） 2 2）线极化）线极化左旋圆极化右旋圆极化左旋圆极化右旋圆极化【旋向的复域判断方法旋向的复域判断方法】yxEjE左旋圆极化波：左旋圆极化波：右旋圆极化波：右旋圆极化波：xyEjE3.3.椭圆极化波椭圆极化波【定义定义】电场矢端电场矢端P P点的轨迹

8、为椭圆点的轨迹为椭圆【旋向旋向】 1 1）左旋椭圆极化：）左旋椭圆极化：0yx 2 2）右旋椭圆极化：）右旋椭圆极化：0 xy【条件条件】若若 和和 振幅、相位都不相同。则合成振幅、相位都不相同。则合成波为椭圆极化波波为椭圆极化波。 xEyE椭圆极化的平面波椭圆极化的平面波xy右旋右旋椭圆极化波椭圆极化波 【讨论讨论】1 1）椭圆极化）椭圆极化x x线极化线极化y y线极化线极化 2 2）椭圆极化椭圆极化左旋圆极化左旋圆极化右旋圆极化右旋圆极化 3 3）线极化）线极化左旋椭圆极化右旋椭圆极化左旋椭圆极化右旋椭圆极化 合成波极化的小结合成波极化的小结 线极化：线极化： = 0= 0、 ； = 0

9、= 0，在，在1 1、3 3象限，象限， = = ，在，在2 2、4 4象限象限 椭圆极化：椭圆极化：其它情况；其它情况； 0，右旋，右旋， 0，左旋，左旋 圆极化：圆极化： = = /2/2，E Ex0 x0 = = E Ey0 y0 = =E E0 0 ； 取取“”，右旋圆极化，取，右旋圆极化，取“”，左旋，左旋圆极圆极化化 电磁波的极化状态取决于电磁波的极化状态取决于E Ex x和和E Ey y的振幅的振幅E Exmxm、E Eymym和相位差和相位差 y y x x 对于沿对于沿+ z 方向传播的均匀平面波：方向传播的均匀平面波：五五. . 圆极化波的应用圆极化波的应用1.1.特性特性

10、（1 1）反射波的反旋性；）反射波的反旋性；（2 2）圆极化天线旋向正交性。）圆极化天线旋向正交性。2.2.应用：应用： 在雨雾天气里, 雷达采用圆极化波工作将具有抑制雨雾干扰的能力。因为, 水点近拟呈球形, 对圆极化波的反射是反旋的, 不会为雷达天线所接收; 而雷达目标(如飞机#, 船舰#, 坦克等)一般是非简单对称体, 其反射波是椭圆极化波, 必有同旋向的圆极化成分, 因而仍能收到。 同样, 若电视台播发的电视信号是由圆极化波载送的(由国际通信卫星转发电视信号正是这样), 则它在建筑物墙壁上的反射波是反旋向的, 这些反射波便不会由接收原旋向波的电视天线所接收, 从而可避免因城市建筑物的多次

11、散射所引起的电视图像的重影效应 。 由于一个线极化波可分解为两个旋向相反的圆极化波, 这样, 不同取向的线极化波都可由圆极化天线收到。因此, 现代战争中都采用圆极化天线进行电子侦察和实施电子干扰。同样, 圆极化天线也有许多民用方面的应用。例如, 大多数的FM调频广播都是用圆极化波载送的, 因此, 立体声音乐的爱好者可以用在与来波方向相垂直的平面内其电场任意取向的线极化天线收到FM信号 。 例例 说明下列均匀平面波的极化方式。说明下列均匀平面波的极化方式。( 1 )( 2 )( 3 ) ( 4 ) 解：解：（1） （2） （3） （4）左旋圆极化波左旋圆极化波右旋圆极化波右旋圆极化波线极化波线极

12、化波左旋椭圆极化波左旋椭圆极化波sin()cos()xmymEa Etkza EtkzeejkzjkzxmymEa Ea jEsin()cos()44xmymEa Etkza Etkzsin()2cos()xmymEa EtkzaEtkz,xmymEE0,22xy 、,044xy 、,xmymEE,xmymEE,xmymEEx x x x y y y y 2 ,20y 、x2 ,20y 、x第四章第四章 SUPWSUPW的反射和折射的反射和折射4.14.1 SUPWSUPW的反射、折射定律的反射、折射定律4.24.2 SUPWSUPW对平面边界的垂直入射对平面边界的垂直入射4.34.3 SUP

13、WSUPW对介质分界面的斜入射对介质分界面的斜入射4.44.4 SUPWSUPW对理想导体表面的斜入射对理想导体表面的斜入射基本概念：基本概念：主要研究：方向关系（角度关系）主要研究：方向关系（角度关系） 振幅关系振幅关系iki入射波入射波ikrkr反射波反射波rktkt折射波折射波tkxz4.1 SUPW4.1 SUPW的反射折射定律（角度关系）的反射折射定律（角度关系）一一. .前提条件前提条件1122iirrttkkkkkk 000irtjkriijkrrrjkrttEEeEEeEEexyzk rxkykzk二二. .反射、折射定律反射、折射定律1.1.分界面（分界面（z z0 0）处电

14、磁场的）处电磁场的边界条件边界条件21()0nEE由由1200,irtzznz EEEEE其中其中()()()000ixiyrxrytxtyj xkykj xkykj xkykirtzE ezE ezE e ixiyrxrytxtyxkykxkykxkyk00ixrxtxiyrytyykkkxkkk令令三波矢是否共面？2.2.入射面的定义入射面的定义 1)1)入射面：入射面： 共平面共平面入射方向、反射方入射方向、反射方 向、折射方向在同一平面，称为入射面向、折射方向在同一平面，称为入射面,irtkkk()0ixiyizirtrxryrztxtytzkkkkkkkkkkkk以三矢量为邻边的平行六面体积以三矢量为邻边的平行六面体积V=0V=0，即为平面，即为平面 2)2)入射面入射面 分界面分界面 入射面法向入射面法向/ / ()irkk分界面法向分界面法向 z()0()001ixiyizirrxryrzirkkkkkzkkkkkz0iyrytykkk3.3.角度关系角度关系取入射面为取入射面为 ，则，则zox112sinsinsinixirxrtxtkkkkkk111222,irtkkkkk 其中其中111222sinsinsinirtkkk反射定律反射定律折射定律折射定律另有：另有：1122coscosizrztzkkkkk 2212121