电磁场与电磁波

目录页:

1、矢量分析

2、电磁场的基本规律

3、静态电磁场及边值

4、时变电磁场

5、均匀平面波

6、平面波的反射与透射

7、导行电磁波

8、电磁辐射

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电磁场与电磁波

电子科学与技术

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时变电磁场的模型推导

1、波动方程

无源区域,▽²E-μεd²E/dt²=0

磁场强度H的表达式相等。

2、位函数

注意这里的A和磁矢位A不是同一个物理量。 虽然表达式一样。

洛伦兹条件下:

▽A=-μεdφ/dt

进而得到达朗贝尔方程:

▽²A-μεA``(t)=-μJ

▽²φ-μεφ``(t)=-1/ε*ρ

这是为了简化方程的求解。

3、电磁场的能量

We=1/2*ED

Wm=1/2*HB

能流密度矢量S=E×H(也就是坡印延矢量)

指的是单位面积的功率相关的矢量

P=S对面积的积分。

4、唯一性定理

在以闭合曲面S为边界的区域V内,对于给定了t=0时刻的E和H的初始值,在t>0时,给定边界E的切向分量或H的切向分量,

则在区域V内的电磁场满足唯一的麦克斯韦方程。

5、时谐电磁场的复数表示

时谐电磁场的实数表示:

u(r,t)=um(r)cos(wt+φ(r)),就是余弦波动方程

时谐电磁场的复数表示:

`u(r)=um(r)*exp(jφ(r))

从上面的公式可以看出,复数表示就是将时间变量分立出去。

注意,实数表示可以改写成复数取实部,但这不是复数形式,只是将复数引入表示。

改写实部的方法就是利用高斯方程,将J后面的项直接对应到cos后面。

引入复数表示后,其他的物理量也可以转化为复数表示:

麦克斯韦方程:

1,2:▽×H=J+jwD,▽×E=-jwB

可以看出,复数表示就是将对t的导数转化为jw。

复电容率:εc=ε-jσ/w,其中损耗角的正切tanθ=σ/εw

复磁导率: μc=μ`-jμ`` , 损耗角也是μ``/μ·

亥姆霍兹方程转化为:

kc=w(μεc)^1/2,εc就是上面的表达式。

▽²H+kc²H=0,E的方程式也是一样的。

亥姆霍兹方程就是无源空间的电磁场满足的方程。

位函数:

H=1/μ*▽×A

E=-jwA-▽φ

达朗贝尔方程:

k²=w²με

洛伦兹条件:φ=▽A/(-jwμε)

平均能流密度:Sav=1/2*Re[E×H^*]

这里给出的是实数表示。

坡印延矢量:S=1/2[E×Hexp(j2wt)]+1/2Re[E×H^*]

至于坡印延矢量的复数表示计算比实数表示还复杂,了解一下就行。

注意复矢量和实矢量的转化:复矢量*exp(jwt)的实部就是实矢量。

实矢量的复数表示去掉时间就是复矢量。

 

 

 

重要的名词解释

叉乘公式

麦克斯韦方程组

 

物理模型:

静态电磁场

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