亥姆霍兹方程描述了无损耗媒质中时谐电磁场的场量约束关系。均匀平面波是其在最简情况下的一种解。

　 　当均匀平面波向正z轴传播时，电场强度将垂直于传播方向，可以电场强度方向为x轴。

　 　仿真计算作图时，媒质参数为：${\varepsilon _r} = 2,{\mu _r} = 1,\sigma = 0$

一、电场强度

　 　电场强度矢量的(相量)表达式为：

$$\vec E = {\hat a_x}{E_0}{e^{ - jkz}}$$

　 　下图画出了振幅$E_0=1$，相位常数$k=41.97rad/s$时，方形区域内的电场强度矢量箭头。同时用着色方式画出了$x=0$平面、$y=0$平面上的电场强度大小。

　 　用二维图表达时，一般仅用着色方式显示分量大小。如$x-z$平面上的电场强度$E_x$分量如下图。

二、磁场强度

　 　磁场强度既与传播方向垂直，又与电场强度方向垂直，沿y轴方向。

　 　磁场强度表达式为：

$$\vec H ={\hat a_y}{H_0}{e^{ - jkz}} = {\hat a_y}\frac{{{E_0}}}{\eta }{e^{ - jkz} }$$

　 　下图画出了电场振幅$E_0=1$，波阻抗$\eta =261.8 \Omega$，相位常数$k=41.97rad/s$时，方形区域内的磁场强度矢量箭头。同时用着色方式画出了$x=0$平面、$y=0$平面上的磁场强度$H_y$大小。

　 　用二维图表达时，一般仅用着色方式显示分量大小。如$x-z$平面上的电场强度$H_y$分量如下图。

　 　用COMSOL多物理场仿真软件制作的电磁场与电磁波演示动画。本篇仿真TEM线极化电磁波在两媒质界面垂直入射时的反射、透射。

　 　仿真场景图示：

　 　线极化TEM电磁波，可依入射面分解为TE(横电)、TM(横磁)成分。在理论处理及仿真计算时，对TE、TM极化分别处理。

　 　如果是垂直入射，TE,TM实际上没有区分。但为了与其他情形对应，还是分别按TE、TM计算、作图。

一、TE入射波，理想介质到理想介质的垂直入射

　 　$0$度入射角，$3GHz，ε_1=1,ε_2=2$

　 　电场，只有$z$分量:

　 　磁场，没有$z$分量，在$x-y$平面，因垂直入射，仅有$x$分量，此时，上下两层中，都是TEM波。

二、TE入射波，理想介质到损耗介质的垂直入射

　 　$0$度入射角，$3GHz，ε_1=1,ε_2=2-0.8i$

　 　电场，只有$z$分量:

　 　磁场，没有$z$分量，在$x-y$平面，因垂直入射，仅有$x$分量，此时，上下两层中，都是TEM波。

三、TE入射波，理想介质到导体的垂直入射

　 　$0$度入射角，$3GHz，ε_1=1,ε_2=2,σ_2=1\times10^7$

　 　电场，只有$z$分量:

　 　磁场，没有$z$分量，在$x-y$平面，因垂直入射，仅有$x$分量，此时，是TEM波。

四、TM入射波

　 　TM入射时，磁场仅有$z$分量,电场有$x$分量。以下仅给出磁场$z$分量图。

1.理想介质到理想介质的垂直入射

2.理想介质到损耗介质的垂直入射

3.理想介质到导体的垂直入射