7-5良导体.pptVIP

平面波标量解的比较 理想介质 趋肤深度 * 良导体 实数 虚数 无相差 有相差45o 场的幅度依 e－az 规律衰减到原来的1/e时的z (d ) 7.7～7.9 平面波在良导体中的传播特性, 集肤深度和表面电阻 对于良导体, σ/ωε1, 传导电流密度远大于位移电流密度(｜σE｜｜jωεE｜). 例如银, 铜, 铝等金属, 在整个无线是频率范围上都有σ/ωε＞102. 其中平面波的 波阻抗为 有相差45o 值得注意的是, 电磁波在良导体中衰减极快. 由于良导体的σ一般在107(s/m)量级, 使高频率电磁波传入良体后, 往往在微米量级的距离内就衰减得近于零了. 所以高频电磁场只能存于导体表面的一个薄层内. 这个现象称为集肤效应. 电磁波场强振幅衰减到表面处的1/e即36.8%的深度, 称为集肤深度(或穿透深度)δ。即 得 导电性能越好(σ越大), 工作频率越高, 则集肤深度越小. 例如, 银的导电率为6.15×107(S/m), 导磁率为μ0=4π×10-7(H/m), 当频率f=3GHz得δ=1.17×10-6m=1.17μm. 图示7.21 场强或电流密度振幅随z的变化曲线如图. 如果要求经z=l距离后, 场强振幅衰减至｜E｜=｜E0｜10-6, 则 可见只要经过13.8个集肤深度, 场强振幅就衰减到只有表面值的百万分之一. 因此很薄的金属片对无线电波都有很好的屏蔽作用, 如中频变压器的铝罩, 晶体管的金属外壳, 都起了隔离外部电磁场对其内部影响的作用。 平面波在良导体中传播的相速为 良导体中的相速与频率的开方成正比。当f=100MHz,对铜(σ=5.8×107S/m)有 这远比真空中的光速慢. 相应的波长也比真空中波长(3m)短得多: 该频率上铜中的波阻抗是 可见｜η｜1, 因此良导体中｜Ex｜｜Hy｜ 导体表面处切向电场强度Ex与切向磁场强度Hy之比定义为导体的表面阻抗, 即 可见, 导体的表面阻抗等于其波阻抗. Rs和Xs分别称为表面电阻和表面电抗, 并有 例 海水εr=80, μr=1, σ=4 S/m. 频率为3KHz和30MHz的电磁波在海平面处(刚好在海平面下侧的海水中)电场强度为1V/m (1) 求电场强度衰减为1μV/m处的水深. 应选用哪个频率作潜水艇的水下通信? ［解］(1) f=3 kHz: 此时海水为良导体, 海水为不良导体 可见, 选高频30MHz衰减太大, 应采用特低频3KHz左右. 但具体频率的选取还应作更全面的论证. 例如, f 取低些, 如2kHz, 衰减将更小些; 但天线尺寸会大些, 且传输给定信号所需的时间也长些. 受这些因素制约, 看来f也不宜取得过低 f=30 MHz: *