该文档是关于ELEC3100电磁学基础课程第9周需要解决的问题，包括对混凝土块的电磁特性分析、TEM波在完美电导体屏幕上的斜入射情况、左旋圆极化平面波在介质中的入射情况、垂直极化波在玻璃 – 空气界面的斜入射情况、均匀平面波在有损介质界面的入射情况以及水下电磁波在水 – 空气界面的入射情况等。
昆士兰大学
电气工程与计算机科学学院
ELEC3100 电磁学基础
第9周 – 待解决的问题
问题1 昆士兰光子学小组的主要研究人员决定使用频率为= 1 GHz的单色低频电磁探头对新到的混凝土块进行无损表征。为了大致了解情况，研究人员决定将低频波视为均匀平面时谐场，均方根电场强度为!” = 1 V/m。实验室技术人员设法在空气中进行传输型实验。现在，该波穿过空气并最终垂直撞击大块混凝土块的平坦表面。混凝土块的材料参数为# = 6，= 2.5 ⋅ 10$% S/m和# = 1。 – 现在，您需要确定混凝土块是良好的电介质、良好的导体还是准导体，并找出两种介质中的电场和磁场， – 找出空气中的驻波比 – 找出第二种介质中时间平均坡印廷矢量 – 分别计算从界面反射和传输到材料块中的时间平均入射功率的百分比。
问题2 对于y>0，在空气中传播的TEM波斜入射到占据平面y = 0的完美电导体屏幕上。该波的复均方根电场强度矢量由 = ’((* + √%-)3（V/m）给出。 您需要： – 为该情况绘制草图，并且 – 计算空气中任意位置的合成波的电场和磁场矢量。
问题3 一个200 – MHz的左旋圆极化平面波，电场模量为5 V/m，在空气中垂直入射到一个介电常数为! = 4的电介质上，该介质占据≥ 0的区域。 – 写出入射波电场相量的表达式，假设该场在= 0和= 0时为正最大值。 – 计算反射和传输系数。 – 写出反射波、传输波和≤ 0区域总场的电场相量的表达式。 – 给出反射波和传输波的极化状态 – 确定边界反射的入射平均功率的百分比和传输到第二种介质中的百分比。
问题4 空气中的垂直极化波以30°的入射角斜入射到平面玻璃 – 空气界面上。波的频率为600 THz（1 THz = 1012 Hz），对应于绿光，玻璃的折射率为1.6。如果入射波的电场振幅为50 V/m，确定 – 反射和传输系数。 – 玻璃介质中E和H的瞬时表达式。
问题5 空气中的均匀平面波，() = 510 ⋅ $%&’，垂直入射到= 0处的界面上，与一个有损介质相接，该有损介质的介电常数为2.5，损耗正切为0.5。 您需要向导师展示： – 假设参考为余弦，!(, )，!(, )，((, )，((, )的瞬时表达式是什么？ – 您如何找到分别在两种介质（即空气和有损介质）中的时间平均坡印廷矢量的表达式？ 提示：首先获得有损介质的a的表达式。
问题6 来自水下源的垂直极化电磁波以q) = 20°入射到水 – 空气界面上。对于淡水，使用! = 81，找出： – 临界角 – 反射系数。 – 传输系数。 – 空气中每个波长的衰减（以dB为单位）。 绘制一个图来说明物理问题。