电磁场与电磁波期末复习要点.docx

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1、第一章 矢量分析 在上的分量 , , (标量三重积)， 标量函数的梯度 求矢量的散度散度定理：矢量场的散度在体积V上的体积分等于在矢量场在限定该体积的闭合曲面S上的面积分，即，散度定理是矢量场中的体积分及闭合曲面积分之间的一个变换关系。 给定一矢量函数和两个点，求沿某一曲线积分，积分及路径无关就是保守场。 如何判断一个矢量是否可以由一个标量函数的梯度表示或者由一个矢量函数的旋度表示？如果 ，那么既可以由一个标量函数的梯度表示，也可以由一个矢量函数的旋度表示；如果，那么该矢量可以由一个标量函数的梯度表示；如果，那么该矢量可以由一个矢量函数的旋度表示。矢量的源分布为 . 证明和证明：解 1对于任意

2、闭合曲线为边界的任意曲面，由斯托克斯定理有题图由于曲面是任意的，故有2对于任意闭合曲面为边界的体积，由散度定理有其中和如题1.27图所示。由斯托克斯定理，有， 和是方向相反的同一回路，那么有 所以得到 由于体积是任意的，故有 附：圆柱坐标系中：散度；旋度 球坐标系中：散度旋度第二章 电磁场的根本规律 电荷守恒定律电流连续性方程积分形式：微分形式： 对于恒定电流场恒定电流场是一个无散度的场 电位移 麦克斯韦方程组积分形式： 微分形式： 媒质的本构关系： , ， 电磁场的边界条件情况一：边界条件的一般形式 情况二：两种媒质都不是理想导体的边界条件 情况三：理想导体的边界条件 第三章 静态电磁场及其

3、边值问题的解 静电场的根本方程和边界条件根本方程积分形式 微分形式 ?静电场是有源无旋场?边界条件 标量电位满足的边界条件一般情况分界面上不存在自由面电荷 假设第二种媒质为导体，到达静电平衡后导体内部的电场为0，导体外表上电位的边界条件 电场的能量电场的能量密度 磁场的能量磁场的能量密度 静态场的边值问题及解的唯一性定理：在场域V的边界面S上给定或的值，那么泊松方程或拉普拉斯方程在场域V内具有唯一解. 镜像法：用位于场域边界外虚设的较为简单的镜像电荷来等效替代该边界上未知的较为复杂的电荷分布，在保持边界条件不变的情况下，将分界面移去，这样就把原来有分界面的非均匀媒质空间变换成无界的单一媒质空间

4、来求解.镜像法的理论依据：静电场解的唯一性定理.应用镜像法的两个要点：1正确找出镜像电荷的个数、位置以及电荷量的大小和符号，以满足边界条件不变为其准那么；2注意保持待求解的场域称为有效区内的电荷分布不变，即镜像电荷必须置于有效区之外.对于非垂直相交的两导体平面构成的边界，假设夹角为，那么所有镜像电荷的数目为个 矢量磁位：根据恒定磁场的无散度特征可以用一矢量的旋度来计算磁感应强度，即为矢量磁位标量磁位：在没有传导电流的区域由于，可引入标量磁位使得在恒定磁场分析中引入和的优点：在均匀、线性和各向同性的磁介质中，矢量磁位满足泊松方程或拉普拉斯方程时；在均匀、线性和各向同性的磁介质中，标量磁位满足拉普

5、拉斯方程 镜像法例题：如题4.24图所示，在的下半空间是介电常数为的介质，上半空间为空气，距离介质平面距为处有一点电荷，求：1和的两个半空间内的电位；2介质外表上的极化电荷密度，并证明外表上极化电荷总电量等于镜像电荷。解 1在点电荷的电场作用下，介质分界面上出现极化电荷，利用镜像电荷替代介质分界面上的极化电荷。根据镜像法可知，镜像电荷分布为如题4.24图、所示，位于 ， 位于 上半空间内的电位由点电荷和镜像电荷共同产生，即 下半空间内的电位由点电荷和镜像电荷共同产生，即 2由于分界面上无自由电荷分布，故极化电荷面密度为极化电荷总电量为题图)图题图题图)第四章 时变电磁场 时谐电磁场=例题：1将

6、下面的场矢量的瞬时值形式写为复数形式解：由于=根据式子，可知电场强度的复矢量为2电场强度复矢量，其中和为实常数。写出电场强度的瞬时矢量。解：根据式，可得电场强度的瞬时矢量= 坡印廷矢量：它表示单位时间内通过垂直于能量传输方向的单位面积的电磁能量，其方向就是就是电磁能量传输的方向单位瓦特每平方米描述电磁能量传输的物理量 平均坡印廷矢量：在时谐电磁场中，一个周期T内的平均能量密度矢量即平均坡印廷矢量为，用复矢量来计算那么为 关于坡印廷矢量的例题第五章 均匀平面波在无界空间中的传播 理想介质中的均匀平面波的传播特点：1是一个横电磁波TEM波电场E和磁场H都在垂直于传播方向的横向平面内，且存在以下关系

7、式或2在传播过程中，电场E和磁场H的振幅无衰减，波形不变化。3电场E和磁场H同相位是实数4波的相速只及媒质参数、有关，及频率无关，是非色散波5电场能量密度等于磁场能量密度 弱导电媒质满足条件此时 Np/m rad/m 2良导体满足此时 电磁波的极化：波的极化表征在空间给定点上电场强度矢量的取向随时间变化的特性，并用电场强度矢量的端点在空间描绘出的轨迹来描述.极化的三种状态：一般情况下，延z方向传播的均匀平面波的电场可表示为（1） 直线极化直线极化的条件：极化角：（2） 圆极化圆极化的条件：合成波电场强度的大小：极化角：当时，为左旋圆极化波；当时，为右旋圆极化波（3） 椭圆极化（4） 当和不满足

8、上述条件时，就构成椭圆极化波。直线极化和圆极化都可以看做椭圆极化的特例。 色散：在同一种导电媒质中，不同频率的电磁波的电磁波的相速是不同的，这种现象称为色散。 例题：第六章 均匀平面波的反射及透射 电磁波对分界面的垂直入射(1)对理想导体平面的垂直入射：媒质一为理想介质，媒质二为理想导体，那么，即产生全反射，媒质一中的何成波为驻波。合成波的特点：处为合成波电场的波节点和合成波磁场的波腹点；处为合成波电场的波的波腹点和合成波磁场的波节点；的驻波在时间上有的相移，在空间分布上错开。(2)对理想介质分界面的垂直入射反射系数和透射系数为实数，媒质一中的合成波中的电场为合成波电场的最大值：出现位置：驻波

9、系数驻波比 平面波对介质分界面的斜入射1斯耐尔反射定律斯耐尔折射定律，式中，分别为介质1和介质2的折射率.2反射系数及透射系数a)垂直极化入射 且 b)平行极化入射 且 3全反射临界角 发生全反射的条件：发生全反射时透射波沿分界面方向传播，透射波的振幅在垂直于分界面的方向上呈指数衰减，形成外表波。4无反射布儒斯特角发生无反射的条件：在的条件下，当时平行极化波无反射。任意极化波以布儒斯特角入射到两种介质分界面时，平行极化分量已全部透射了，反射波中只包含垂直极化分量。 例题：第七章 导行电磁波 导行电磁波的三种模式根据纵向场分量和存在及否，可将导波系统中的电磁波分为三种模式：1横电磁波TEM：传播

10、常数 相速度 波阻抗 2横磁波TM：满足标量波动方程其传播条件工作频率大于截止频率传播常数 波导波长 相速度 波阻抗 3横电波TE：满足标量波动方程其传播条件工作频率大于截止频率传播常数、波导波长、相速度 及上面的一样。 波阻抗 平行双线，同轴线这一类能建立二维静态场的导波系统，可以传输TEM波；空心波导只能传输TE波TM波. 矩形波导中波的传播参数在空心波导中，能传输的模式应满足的条件是，即工作频率f高于该模式的截止频率或工作波长小于该模式的截止波长截止频率截止波长波导波长 相速度 波阻抗 矩形波导中的主摸：截止波长最长的模式称为主模，矩形波导中的主模是模，其截止波长为.矩形波导中模相应的传

11、输功率为 例题：第八章 电磁辐射 电偶极子的辐射：在电偶极子激发的电磁场中，的区域称为近区，其中的电场、磁场分布及静态电场、磁场分布一样，此区域的场称为感应场 区域的场称为远区场，又称为辐射场。此区域的电场、磁场分别为 这是一个球面波，辐射是有方向性的，通常用E面和H面上的方向性图来表示辐射的方向性。电偶极子的辐射功率为，其中称为电偶极子的辐射电阻 天线的根本电参数：主瓣宽度、副瓣电平、前后比、方向性系数、效率、增益系数、输入阻抗、有效长度、极化、频带宽度。 例题：矩形波导的横截面尺寸为，试求当工作波长时，波导中能传输哪些波型？时呢？解：波导中能传输的模式应满足条件 工作波长小于截止波长或 工作频率大于截止频率在矩形波导中截止波长为 由传输条件 当时上式可写为 能满足传输条件的m和n为1有以下波型 2有以下波型 3有以下波型 4有以下波型 5有以下波型 当时，应满足 1无波型存在2有以下波型 3不满足条件。故此时只能传输模