4-3 有导体存在时电磁波传播课件.ppt

在真空和理想绝缘介质内部，没有能量损耗，电磁波可以无衰减地传播。;在静电情形下，导体内部不带电，自由电荷只能分布于导体表面上。在迅变场中情况如何？;?出现时，就有电流从该处向外流出。从物理上看这是很明显的。因为假如某区域内有电荷积聚的话，电荷之间相互排斥，必然引起向外发散的电流。由于电荷外流，每一体元内的电荷密度减小。由电荷守恒定律得到：;式中?0 为t=0时的电荷密度。由上式，电荷密度随时间指数衰减，衰减的特征时间?为;注意：某种介质能否看作良导体，不仅与介质的导电性有关，还与电磁波的频率有关。对于一般金属导体，? 的数量级为 10-17 s，都可以看作良导体。;对一定频率?的电磁波，D＝?E，B＝?H，则有;2. 复电容率;通过比较我们发现，这样改写以后，方程组的解法完全相同，只要将绝缘介质情形的解当中的ε用ε’代替即可。式中ε’称为复电容率。;2. 导体内的平面波（复波矢量及其物理意义）;亥姆霍兹方程形式上也有平面波解;所以导体中电磁波的表示式为;例如：当频率为ω的电磁波从真空入射到导体表面时，真空中的波矢k(0)为已知，求导体内的波矢k。 取入射面为xz面，z轴为指向导体内部的法线。;将?x = 0，?x = kx，?y=0，?y=0代入;电磁波主要是在导体以外的空间或介质中传播，在导体表面上，电磁波与导体中的自由电荷相互作用，引起导体表层上的电流，这电流的存在使电磁波向空间反射。一部分电磁能量透人导体内，形成导体表面薄层内的电磁波，最后通过传导电流把这部分能量耗散为焦耳热。;解得：;k2的虚部与实部之比为?／??，在良导体情形此值1，因而k2的实部可以忽略;可见穿透深度不仅与电导率有关，还与频率有关。例如对铜来说，? ~5 ?107S · m-1，当频率为 50Hz时， ? ~ 0.9cm；当频率为 100MHz时， ? ~ 0.7 ? 10-3cm．由此可见，对于高频电磁波，电磁场以及和它相作用的高频电流仅集中于表面很薄一层内，这种现象称为趋肤效应 。;由;和绝缘介质情形一样，反射问题应从边值关系入手。在一般入射角下，由于导体内电磁波的特点使计算比较复杂。垂直入射情形计算较为简单，而且已经可以???示出导体反射的特点。因此这里只讨论垂直入射情形。;按良导体计算，取μ=μ0，则; 反射系数：;由于趋肤效应，高频下仅在导体表面薄层内有电流通过。取z轴沿指向导体内部的法线方向。导体内体电流密度为 ;导体内平均损耗功率密度为;导体在高频下的电阻相当于厚度为?的薄层的直流电阻