平面电磁波

平面电磁波知识点电磁波是一种在空间中传播的波动现象，它由电场和磁场相互作用而产生。

平面电磁波作为电磁波的一种形式，具有特定的特性和应用。

本文将介绍平面电磁波的基本知识点，包括定义、特性、产生和传播、应用等内容。

一、平面电磁波的定义平面电磁波是指电场和磁场在空间中沿着一定方向传播的电磁波。

它的波动方向垂直于电场和磁场的传播方向，且电场和磁场的变化情况具有一定的关系。

平面电磁波包含了无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等多个频段。

二、平面电磁波的特性1. 频率和波长：平面电磁波的频率和波长间存在确定的关系，即波长等于光速除以频率。

波长越短，频率越高，能量越大。

不同频段的电磁波对应着不同的波长和频率范围。

2. 周期和振幅：平面电磁波的周期指一个完整波形所经历的时间，振幅指波峰或波谷与波中心的距离。

波形的周期和振幅决定了平面电磁波的能量和强度。

3. 速度：平面电磁波在真空中的传播速度是一个恒定值，即真空中的光速。

它的数值约为299,792,458米每秒，通常记作c。

不同介质中的传播速度与光速有关，由该介质的折射率决定。

4. 方向性：平面电磁波的传播方向是垂直于电场和磁场方向的。

电场和磁场的方向彼此垂直，并且与传播方向形成右手定则。

三、平面电磁波的产生和传播1. 产生：平面电磁波可以通过加速带电粒子、振动电荷或电流等方式产生。

当带电粒子或电流经过加速、振动时，会产生电场和磁场的变化，从而产生平面电磁波。

2. 传播：平面电磁波的传播遵循麦克斯韦方程组。

根据这些方程，平面电磁波在真空中以光速传播，不受介质的影响。

当平面电磁波遇到介质时，会发生折射、反射或透射等现象，具体情况取决于介质的性质。

四、平面电磁波的应用1. 通信：平面电磁波广泛应用于无线通信领域。

不同频段的电磁波用于无线电、电视、手机、卫星通信等通信系统，实现声音、图像和数据的传输。

2. 医学：平面电磁波在医学诊断、治疗和影像技术中起到重要作用。

平面电磁波1 时变电磁场以电磁波的形式存在于时间和空间这个统一的物理世界。

2 研究某一具体情况下电磁波的激发和传播规律，从数学上讲就是求解在这具体条件下Maxwell equations 或wave equations 的解。

3 在某些特定条件下，Maxwell equations 或wave equations 可以简化，从而导出简化的模型，如传输线模型、集中参数等效电路模型等等。

4 最简单的电磁波是平面波。

等相面（波阵面）为无限大平面电磁波称为平面波。

如果平面波等相面上场强的幅度均匀不变，则称为均匀平面波。

5 许多复杂的电磁波，如柱面波、球面波，可以分解为许多均匀平面波的叠加；反之亦然。

故均匀平面波是最简单最基本的电磁波模式，因此我们从均匀平面波开始电磁波的学习。

§ 波动方程1 电场波动方程：ερμμε∇+∂∂=∂∂-∇t J tE E ρρρ222 磁场波动方程 J t H H ρρρ⨯-∇=∂∂-∇222με 2 如果媒质导电（意味着损耗），有E J ρρσ=代入上面，则波动方程变为ερμεμσ∇=∂∂-∂∂-∇222tE t E E ρρρ 0222=∂∂-∂∂-∇tH t H H ρρρμεμσ 如果是时谐电磁场，用场量用复矢量表示，则ερμεωωμσ&&ρ&ρ&ρ∇=+-∇E E j E 22 022=+-∇H H j H &ρ&ρ&ρμεωωμσ 采用复介电常数，εμωωεσμεωωμσμεω&222)1(=-=-j j ，上面也可写成 3 在线性、均匀、各向同性非导电媒质的无源区域，波动方程成为齐次方程。

0222=∂∂-∇tE E ρρμε 0222=∂∂-∇t H H ρρμε 4在线性、均匀、各向同性、导电媒质的无源区域，波动方程成为齐次方程。

0222=∂∂-∂∂-∇tE t E E ρρρμεμσ 0222=∂∂-∂∂-∇tH t H H ρρρμεμσ 如果是时谐电磁场，用场量用复矢量表示，并采用复介电常数，εμωωεσμεωωμσμεω&222)1(=-=-jj ，上面也可写成 022=+∇E E &ρ&&ρεμω 022=+∇H H &ρ&&ρεμω 注意，介电常数是复数代表有损耗。

第六章主平面电磁波要 内 容 9学时平面电磁波电磁波：变化的电磁场脱离场源后在空间的传播 平面电磁波：等相位面为平面构成的电磁波 均匀平面电磁波：等相位面上E、H 处处相等的 电磁波 若电磁波沿 x 轴方向传播，则H=H(x,t)，E=E(x,t) 平面电磁波知识结构框图电磁场基本方程组 电磁波动方程 均匀平面电磁波的传播特性平面电磁波的基本特性1. 理想介质中的均匀平面波 2. 损耗媒质中的均匀平面波 3. 均匀平面波的极化 4. 均匀平面波对平面边界的垂直入射 5. 均匀平面波对平面边界的斜入射 6. 各向异性媒质中的均匀平面波1-120 2-120理想介质中均匀平面波 平面电磁波的极化导电媒质中均匀平面波平面电磁波的垂直入射平面电磁波的斜入射各向异性媒质中的均匀平面波x方向传播的一组均匀平面波3-120平面电磁波知识结构框图数的媒质， σ → ∞ 的媒质称为理想导体。

σ 介 于两者之间的媒质称为有损耗媒质或导电媒质。

6.1 理想介质中的均匀平面波 理想介质是指电导率 σ = 0 ，ε 、 μ 为实常6.1.1波动方程的解其通解为假设电磁场沿着 Z 轴方向传播，且电场仅有指向 X 轴 的方向分量，则磁场必只有 Y 方向的分量，即：z z E x = f1 (t − ) + f 2 (t + ) v v ∂ 2 Ex + β 2 Ex = 0 ∂z 2对于时谐变电磁场：E = ex E x ( z, t )波动方程H = ey H y (z,t)其通解为 则平面波是指波前面，即等相位面或者波前 阵是平面的波。

均匀平面波是指波前面上场量振 幅处处相等的波。

本节介绍最简单的情况，即介绍无源、均 匀（homogeneous）（媒质参数与位置无关）、 线性（linear）（媒质参数与场强大小无关）、 各向同性（isotropic）（媒质参数与场强方向无 关）的无限大理想介质中的时谐平面波。

4-120 5-120则∂E 2 =0 ∂t 2 ∂E 2 ∇ 2 E x − με 2x = 0 ∂t 2 ∂ E x 1 ∂E x2 − =0 ∂z 2 v 2 ∂t 2 ∇ 2 E − με其中： v =其中： β = ω μ εEx = Ex + e− jβ z + Ex − e+ jβ zE x = E x+ cos(ω t − β z ) + E x− cos(ω t + β z )对应的磁场为1∇ × E = −μ6-120με∂H ∂t∂H y ∂E x = −μ ∂z ∂t对应的磁场为∇ × E = −μ其通解为∂H ∂t∂H y ∂E x = −μ ∂z ∂t考察电场的一个分量 ，瞬时值表达式为：Ex ( z, t ) = Ex+ cos(ωt − β z + ϕx )其中Hy =β ⎡ E + cos(ω t − β z ) − E x− cos(ω t + β z ) ⎤ ⎦ ωμ ⎣ xωt 为时间相位 ， β z 为空间相位 ， ϕ x 是初始相位。

大地电磁平面波-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述大地电磁平面波是指在大地中传播的一种特殊类型的电磁波。

与常见的电磁波不同，大地电磁平面波是通过地下层次的电离层反射而在大地中传播的。

由于大地电磁平面波的传播特性与传统电磁波有很大差异，因此研究和了解大地电磁平面波对于我们深入理解地球电磁场、地球物理现象以及通信技术的发展具有重要意义。

大地电磁平面波的传播具有几个显著的特点。

首先，大地电磁平面波具有很长的传播距离，能够覆盖较大的地理范围。

这使得大地电磁平面波成为一种可靠的通信手段，在长距离无线通信中具有广泛的应用。

其次，大地电磁平面波能够穿透地下，因此在地质勘探、地球探测领域有着广泛的应用价值。

此外，大地电磁平面波还可以用于地球物理研究，通过观测地球电磁场的变化可以获取有关地球内部结构、地震活动以及地壳运动等重要信息。

本文将详细介绍大地电磁平面波的定义及其特征。

首先，我们将对大地电磁平面波的定义进行梳理，包括其起源、传播方式以及相关的物理特性。

接着，我们将探讨大地电磁平面波的特征，包括传播速度、频率范围、衰减特性以及与地球内部结构的关系等。

通过剖析这些特征，我们可以更好地理解大地电磁平面波的本质和作用机制。

本文的研究目的在于增进对大地电磁平面波的认识，并探索其在各个领域的应用前景。

通过系统地总结大地电磁平面波的重要性和未来研究方向，我们可以为相关领域的科学家和工程师提供有益的参考和启示，促进大地电磁平面波在通信、地球探测、地球物理研究等方面的进一步应用与发展，推动相关技术和方法的创新。

1.2文章结构文章结构部分的内容可以包括以下几点：1.2 文章结构本文将按照以下结构进行论述：第一部分为引言，主要包括概述、文章结构和目的。

在概述中，我们将简要介绍大地电磁平面波的基本概念和重要性。

接着，我们将详细说明文章的结构，以便读者能够清晰地了解文章的安排和内容。

最后，我们将明确本文的目的，即为读者提供关于大地电磁平面波的全面理解。

第一章第6讲Wave OpticsWave Optics132回 1.3.2电磁波的矢量性质分析：按一定的规顾电磁波是由高频振荡的电场E 和磁场Ｂ按定的规律随空间坐标r 和时间t 传播而形成的。

电磁波的波函数描的变化规律在一般情况下述了E 、B 随r 、t 的变化规律。

在般情况下，E 、B 的大小和方向均随r 、t 的变化而变化，总是发生在垂直波传播方向的平面内（横波）方向的平面内（横波）。

结论ＥＢＤＨ等描述电磁波性质的物理量必须用结论：Ｅ、Ｂ、Ｄ、Ｈ等描述电磁波性质的物理量必须用矢量来表示，即电磁波是矢量波。

回矢量分解顾xyE yE x−=)](exp[),()](exp[),(0000y y y x x x t kz j E t z E t kz j E t z E ϕωϕω+−=+14回§1.4电磁波在两种均匀各向同性透明媒质界面上的反射和折射研究的内容：顾电磁波在两种均匀的各向同性的透明媒质界面传播时，会发生反射、折射现象，讨论两种介质中的电磁波（入、反、透）之间在研究的方法：传播方向、能量、位相、振动方向等之间的关系。

研究的方法9从麦克斯韦方程组出发边界条件导出折、反射定律和菲涅耳公式9只讨论入、反、折射的电场波之间的关系只讨反折射的场波间的关系9以简谐平面波为研究对象122E dl E l E l R∴⋅=⋅+⋅+u v v u v u v u v≈E E l −⋅u v u v v横跨界面的矩形积分域1C∫ 212()忽略短边212()0E E l ∴−⋅=u v u v v 结论：结论2122()()E E l l −⊥−−u v u v v vu v u v v v u v u v可为平行于界面的任意方向21212211()//()0cos cos E E u u E E E E θθ⇒×==或在界面两侧，电场强度Ｅ的切向分量连续。

2.磁场的边界条件B u v0(13)AB ds ⋅=−∫∫积分域设为横跨界面的小扁盒的整个表面。