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《电磁场微波技术与天线》习题参考答案

来源:用户分享 时间:2025/9/6 11:14:47 本文由loading 分享 下载这篇文档手机版
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每个方程的物理意义:

(a) 安培环路定理,其物理意义为分布电流和时变电场均为磁场的源。 (b) 法拉第电磁感应定律,表示时变磁场产生时变电场,即动磁生电。

(c) 磁场高斯定理,表明磁场的无散性和磁通连续性。 (d)高斯定理,表示电荷为激发电场的源。

2、简述在无限大导电媒质中传播的均匀平面电磁波的特征。 答:导电介质中均匀平面电磁波性质:

(1) 电磁波为横电磁波,电场E、磁场H与电磁波传播方向n三者之间相互正交,且满足右手螺旋关系;

(2) 媒质的特性阻抗为复数,电场E与磁场H之间存在相位差; (3) 相速与频率有关,损耗媒质为色散媒质,且电磁波为衰减的行波。

3、简述在无耗媒质中传播的均匀电磁波的特征。 答:理想介质均匀平面电磁波性质

(1) 电磁波为横电磁波,电场E、磁场H与电磁波传播方向n三者之间相互正交,且满足右手螺旋关系;

(2) 媒质的特性阻抗为实数,电场E与磁场H同相;

(3) 为无衰减的行波。

(4)电磁波传播的速度取决于媒质参数本身,与其他因素无关,在自由空间中其行进的速度等于光速。

五、计算题

1、一个有两层介质(?1,?2)的平行板电容器,两种介质的电导率分别为?1和?2,电容器极板的面积为S。当外加压力为U时,求: ⑴电容器的电场强度;

⑵两种介质分界面上表面的自由电荷密度; ⑶电容器的漏电导;

⑷当满足参数是?1?2??2?1,问G/C=?(C为电容器电容) 解:⑴由E1D1?E2D2?U,J1n?J2n,得

E1??2Ud2?1?d1?2,E2??1Ud2?1?d1?2

⑵两介质分界面的法线由1指向2

由?2E2??1E1??s,得 ?s=

?2?1Ud2?1?d1?2??1?2Ud2?1?d1?2

⑶由J?IS?1IS??1E1,知

??2Ud2?1?d1?2

G=

IU=

?1?2Sd2?1?d1?2D1SU

⑷C?QU?=

?1?2Sd2?1?d1?2

G/C=

?1?1

2、将一无穷大导体平板折成如图的90°角,一点电荷Q位于图中(1, π/6)点处,求所有镜像电荷的大小和位置并在图中标出。 解:在如图的极坐标系中,三个镜像

电荷的大小和位置分别为: Q1 = -Q ,位置:(1, 5π/6) Q2 = Q ,位置:(1, -5π/6) Q3 = -Q ,位置:(1, -π/6)

Q2 o Q3 Q1 Q (1,π/6) r

3、将一无穷大导体平板折成90°角并接地,两点电荷Q1=Q2=5C位于角平分线上距离顶点1m和2m处,现欲运用镜像法求两点电荷所在区域内的场。 (1)请在图中标出所有镜像电荷的位置; (2)请写出各镜像电荷的电量;

Q 6 (3)请写出各镜像电荷的坐标。 Q2 Q5 Q1 π/4 o Q7 Q8 Q3 Q4

r

解:镜像电荷Q3 、Q4 、Q5 、Q6 、Q7 、Q8 的电量分别为:

Q3=Q4=Q5=Q6=-5C, Q7=Q8=5C 各镜像电荷的坐标分别为: Q3: (

22,?22222), Q4: (2,?2) Q5: (?222,), Q6: (?2,2) 2Q7: (?,?2), Q8: (?2,?2)

4、若半径为a、电流为I的无线长圆柱导体置于空气中,已知导体的磁导率为 ,求导体内、外的磁场强度H和磁通密度B。 解:(1)导体内:0??

?? 由安培环路定理,?H?dl=I'

l I=

?'I?aI?2.??=

?2I?a22 所以,H1.2?????I?a22,H1?I?2?a2 ,

H1?2?a2e? , B1??0H1??0I?2?a2?e?

(2)导体外:a ??<+?

?

l???H?dl=I, 所以H2.2???I,H2?I2????e?,B2??0I2???e?

5、无耗媒质的相对介电常数?r?4,相对磁导率?r?1,一平面电磁波沿+z方向传播,其??8电场强度的表达式为E?ayE0cos(6?10t??z)

求:(1)电磁波的相速;(2)波阻抗和?;(3)磁场强度的瞬时表达式;(4)平均坡印廷矢量。 解: (1)vp?1?c?1.5?10m/s

r8???r?(2)??????0?r?0?r?60?(?) , ??w???w?r?rc?4rad/m

???E1?(3)H?az?E??ax0cos(6?108t?4z) A/m

?60?(4)

2???*?E01Sav?Re[E?H]?az2120?

6、自由空间中一均匀平面波的磁场强度为

??? H?(ay?az)H0cos(wt??x)A/m

求:(1)波的传播方向;(2)波长和频率;(3)电场强度; (4)瞬时坡印廷矢量。

???解:H?(ay?az)H0cos(wt??x)A/m (1) 波沿+x方向传播

(2) 由题意得:k=? rad/m , 波长??2?kc 频率f??2m ,

?????(3)E??H?ax?(ay?az)120?H0cos(wt??x)????2(4)S?E?H?ax240?H0cos(wt??x)w/m2

?8?1.5?10Hz

v/m

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