第21讲电磁场与电磁波.ppt

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1、第6 6章 均匀平面波的反射与透射电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第 21 讲讲学习内容学习内容6.3.3 全反射与全透射全反射与全透射6.4 均匀平面波对理想导体表面的斜入射均匀平面波对理想导体表面的斜入射6.4.1 垂直极化波对理想导体表面的斜入射垂直极化波对理想导体表面的斜入射6.4.2 平行极化波对理想导体表面的斜入射平行极化波对理想导体表面的斜入射1第6 6章 均匀平面波的反射与透射电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第 21 讲讲6.3.3 全反射与全透射全反射与全透射 1.全反射与临界角全反射与临界角问题问题：电磁波在理想导体表面会产生全反射，在理想介质表面也电磁波在理想导体表面会产生全

2、反射，在理想介质表面也 会产生全反射吗？会产生全反射吗？概念概念：反射系数的模等于反射系数的模等于 1 的电磁现象的电磁现象当当条件条件：（非磁性媒质，即（非磁性媒质，即 ）由于由于2第6 6章 均匀平面波的反射与透射电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第 21 讲讲因此得到，产生全反射的条件为：因此得到，产生全反射的条件为：电磁波由稠密媒质入射到稀疏媒质电磁波由稠密媒质入射到稀疏媒质中，即中，即1 2 入射角不小于入射角不小于称为全反射的称为全反射的临界角临界角。对全反射的进一步讨论对全反射的进一步讨论 i c 时，时，透射波仍然是沿分界面方向传播，但振幅沿垂直于分界面的透射波仍然是沿分界面方向传

3、播，但振幅沿垂直于分界面的方向上按指数规律衰减。这种波称为方向上按指数规律衰减。这种波称为表面波表面波。4第6 6章 均匀平面波的反射与透射电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第 21 讲讲z分界面分界面稀疏媒质稀疏媒质表面波表面波5第6 6章 均匀平面波的反射与透射电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第 21 讲讲例例 子子 一圆极化波以入射角一圆极化波以入射角i/3 从媒质从媒质1（参数为（参数为=0、40）斜入射至空气。试求临界角，并指出此时反射波是什么极化？）斜入射至空气。试求临界角，并指出此时反射波是什么极化？入射的圆极化波可以分解成平行入射的圆极化波可以分解成平行极化极化与垂直与垂直极化的极化

4、的两个线极两个线极化波，虽然两个线极化波的反射系数的大小此时都为化波，虽然两个线极化波的反射系数的大小此时都为1，但它们的，但它们的相位差不等于相位差不等于/2，因此反射波是椭圆极化波。，因此反射波是椭圆极化波。解解：临界角为：临界角为可见入射角可见入射角i/3大于临界角大于临界角c/6，此时发生全反射。，此时发生全反射。6第6 6章 均匀平面波的反射与透射电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第 21 讲讲 例例6.3.1 下图为光纤的剖面示意图，如果要求光波从空气进入下图为光纤的剖面示意图，如果要求光波从空气进入光纤芯线后，在芯线和包层的分界面上发生全反射，从一端传至光纤芯线后，在芯线和包层的分界

5、面上发生全反射，从一端传至另一端，确定入射角的最大值。另一端，确定入射角的最大值。解解：在芯线和包层的分界面上发生全反射的条件为：在芯线和包层的分界面上发生全反射的条件为由于由于所以所以故故7第6 6章 均匀平面波的反射与透射电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第 21 讲讲2.全透射和布儒斯特角全透射和布儒斯特角平行极化波发生全透射平行极化波发生全透射当当ib 时，时，/=0 全透射现象全透射现象：反射系数为：反射系数为0 无反射波无反射波 布儒斯特角布儒斯特角（非磁性媒质）（非磁性媒质）：讨论讨论 在非磁性媒质中，垂直极化入射的波不会产生全透射在非磁性媒质中，垂直极化入射的波不会产生全透射 任任

6、意意极极化化波波以以ib 入入射射时时，反反射射波波中中只只有有垂垂直直极极化化分分量量 极极 化滤波化滤波 产生全透射时，产生全透射时，证明证明8第6 6章 均匀平面波的反射与透射电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第 21 讲讲9第6 6章 均匀平面波的反射与透射电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第 21 讲讲 例例6.3.3 一平面波从介质一平面波从介质1 斜入射到介质与空气的分界面，试斜入射到介质与空气的分界面，试计算：（计算：（1）当介质）当介质1分别为水分别为水r 81、玻璃、玻璃r 9 和聚苯乙烯和聚苯乙烯r 2.56 时的临界角时的临界角c；（；（2）若入射角）若入射角i=b，则波全部透

7、射入空气。，则波全部透射入空气。上述三种介质的上述三种介质的i=？解解：水水玻璃玻璃聚苯乙烯聚苯乙烯介质介质临界角临界角 布儒斯特角布儒斯特角10第6 6章 均匀平面波的反射与透射电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第 21 讲讲6.46.4 均匀平面波对理想导体平面的斜入射均匀平面波对理想导体平面的斜入射 6.4.1 垂直极化波对理想导体表面的斜入射垂直极化波对理想导体表面的斜入射 设媒质设媒质1为理想介质，媒质为理想介质，媒质2 为理想导电体，即为理想导电体，即则媒质则媒质 2 的波阻抗为的波阻抗为 此结果表明，当平面波向理想导体表面斜投射时，无论入射此结果表明，当平面波向理想导体表面斜投射时，

8、无论入射角如何，均会发生全反射。因为电磁波无法进入理想导体内部，角如何，均会发生全反射。因为电磁波无法进入理想导体内部，入射波必然被全部反射。入射波必然被全部反射。11第6 6章 均匀平面波的反射与透射电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第 21 讲讲媒质媒质1中的合成波中的合成波 合合成成波波是是沿沿 x 方方向向的的行行波波，其其振振幅幅沿沿 z 方方向向成成驻驻波波分分布布，是是非均匀平面波；非均匀平面波；合合成成波波电电场场垂垂直直于于传传播播方方向向，而而磁磁场场则则存存在在 x 分分量量，这这种种波波 称为横电波，即称为横电波，即TE 波；波；合成波的特点合成波的特点12第6 6章 均匀

9、平面波的反射与透射电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第 21 讲讲 在在 处处，合合成成波波电电场场E1=0，如如果果在在此此处处放放置置一一块块无无限大的理想导电平面，则限大的理想导电平面，则 不会破坏原来的场分布，这就不会破坏原来的场分布，这就 意味着在两块相互平行的无限意味着在两块相互平行的无限 大理想导电平面之间可以传播大理想导电平面之间可以传播 TE波。波。合成波的平均能流密度矢量合成波的平均能流密度矢量13第6 6章 均匀平面波的反射与透射电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第 21 讲讲 例例6.4.1 当垂直极化的平面波以角度当垂直极化的平面波以角度i 由空气向无限大的理想由空气向无限大

10、的理想导电平面投射时，若入射波电场振幅为导电平面投射时，若入射波电场振幅为Eim，试求理想导电平面，试求理想导电平面上的表面电流密度及空气中的能流密度的平均值。上的表面电流密度及空气中的能流密度的平均值。解解 令令理理想想导导电电平平面面为为 z=0 平平面面，如如图图所所示示。那那么么，表表面面电电流流Js 为为已知磁场的已知磁场的 x 分量为分量为求得求得ir 0 0 E iE rH iH rzx014第6 6章 均匀平面波的反射与透射电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第 21 讲讲能流密度的平均值能流密度的平均值 已知垂直极化平面波的各分量分别为已知垂直极化平面波的各分量分别为求得求得15第

11、6 6章 均匀平面波的反射与透射电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第 21 讲讲6.4.2 平行极化波对理想导体表面的斜入射平行极化波对理想导体表面的斜入射媒质媒质1中的合成波中的合成波由于由于，则，则16第6 6章 均匀平面波的反射与透射电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第 21 讲讲 合成波是沿合成波是沿x方向的行波，方向的行波，其振幅沿其振幅沿z方向成驻波分方向成驻波分 布，是非均匀平面波；布，是非均匀平面波；合成波磁场垂直于传播方合成波磁场垂直于传播方 向，而电场则存在向，而电场则存在x分量，分量，这种波这种波 称为横磁波，即称为横磁波，即 T M 波；波；合成波的特点合成波的特点 在在 处处

12、，合合成成波波电电场场的的E1x=0，如如果果在在此此处处 放放置置一一块块无无限限大大的的理理想想导导电电平平面面，则则 不不会会破破坏坏原原来来的的场场分分布布，这这就就意意味味着着在在两两块块相相互互平平行行的的无无限限大大理理想想导导电电平平面面之之间间可可以以传传播播 T M 波。波。17第6 6章 均匀平面波的反射与透射电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第 21 讲讲 例例6.4.2 已知空气中磁场强度为已知空气中磁场强度为 的均的均匀平面波，向位于匀平面波，向位于z=0处的理想导体斜入射。求：（处的理想导体斜入射。求：（1）入射角；）入射角；（2）入射波电场；（）入射波电场；（3）反

13、射波电场和磁场；（）反射波电场和磁场；（4）合成波的电）合成波的电场和磁场；（场和磁场；（5）导体表面上的感应电流密度和电荷密度。）导体表面上的感应电流密度和电荷密度。故入射角为故入射角为（2）入射波电场为）入射波电场为解解：（：（1 1）由题意可知，）由题意可知，所以，所以18第6 6章 均匀平面波的反射与透射电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第 21 讲讲（3）反射波矢量为）反射波矢量为故反射波磁场和电场分别为故反射波磁场和电场分别为（4）合成波的电场为）合成波的电场为19第6 6章 均匀平面波的反射与透射电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第 21 讲讲合成波的磁场为合成波的磁场为（5）导体表面上的感应电流密度和电荷密度分别为）导体表面上的感应电流密度和电荷密度分别为20第6 6章 均匀平面波的反射与透射电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第 21 讲讲第第2121次课结束！次课结束！作业：作业：6.1 6.1、6.46.4、6.86.8、6.296.2921第6 6章 均匀平面波的反射与透射电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第 21 讲讲证明：因为证明：因为所以所以返回！返回！22