电磁场与电磁波第7章课后答案.pdf

《电磁场与电磁波》第七章主要探讨了电磁场的基本性质和电磁波的传播规律。本章涉及到无源区的麦克斯韦方程及其在特定坐标系中的应用，以及传输线理论的相关问题。以下是本章重点内容的解析： 1. **无源区的麦克斯韦方程**： 麦克斯韦方程是电磁学的基础，其中在无源区域，方程描述了电场和磁场的变化关系。例如，题目中给出的圆柱坐标系下的麦克斯韦方程表示为： \[\nabla \times \mathbf{H} = j\omega\epsilon \mathbf{E}\] \[\nabla \times \mathbf{E} = -j\omega\mu \mathbf{H}\] 这里，通过求解这些偏微分方程，可以得到电场分量 \(E_{\rho}, E_{\phi}, H_{\rho}, H_{\phi}\) 与已知的 \(E_z, H_z\) 的关系。 2. **波的解**： 问题7-2展示了如何验证一个函数是否满足波动方程。例如，对于波动方程 \( \frac{\partial^2 V}{\partial z^2} - \gamma^2 V = 0 \)，可以通过求二阶导数来验证 \( V(z) = V_0 + e^{-\gamma z} + V_0 e^{\gamma z} \) 是否是其解。 3. **传输线方程**： 传输线模型常用于分析电信号在导线中的传播。问题7-2中给出了微分形式的传输线方程，如 \( \frac{dV}{dz} = -Z_1 I(z) \) 和 \( \frac{dI}{dz} = -Y_1 V(z) \)。这些方程描述了电压和电流随位置变化的关系，其中 \( R_1, L_1, G_1, C_1 \) 分别代表电阻、电感、导纳和电容。 4. **相速度和衰减常数**： 问题7-3涉及到了复数衰减常数 \(\gamma\) 的推导，它是由特征阻抗 \(Z_1\) 和 \(Y_1\) 相关系数定义的。通过平方等式两边，可以解出 \(\alpha\) 和 \(\beta\)，这两个参数描述了电磁波的相速度和衰减。 5. **驻波比和输入阻抗**： 在问题7-6中，计算了不同距离处的输入阻抗，例如，当传输线长度为波长 \(\lambda\) 的倍数时，可以利用反射系数 \(\Gamma\) 计算电压驻波比 \(\rho\)，进而求得输入阻抗 \(Z_{in}\)。例如，当终端负载 \(Z_L\) 不匹配传输线特性阻抗 \(Z\) 时，会在线路上形成驻波。 总结来说，电磁场与电磁波第七章的内容涵盖了无源区的麦克斯韦方程的求解，波动方程的验证，传输线方程的分析，以及传输线的反射系数、电压驻波比和输入阻抗的计算。这些都是通信工程、电子科学和技术等领域中的基础概念，对于理解和设计电磁波传播系统至关重要。