电磁波的传播课件.pptVIP

θzx若電磁波從真空斜射到金屬表面，並設金屬中的，則由菲涅耳公式得到：其中故反射波和入射波的振幅之比為：若電磁波從真空垂直入射到金屬表面，即對於良導體，，從而由入射面：入射面：§4.3有導體存在時電磁波的傳播ElectromagneticWavePropagationinConductionMedium本節所要研討的問題是：導電介質中的電磁波的傳播。由於導體內有自由電荷存在，在電磁波的電場作用下，自由電荷運動形成傳導電流，而傳導電流要產生焦耳熱，使電磁波能量有損耗。由此可見，在導體內部的電磁場（波）是一種衰減波，在傳播過程中，電磁能量轉化為熱量。設導體是均勻各向同性的，其性質由一組物質常數ε、μ、σ確定，根據焦耳定律的微分形式以及電場的Gauss定理，得到：和電荷守恆定律1、導體內的自由電荷的分佈由此可見，電荷密度ρ隨時間指數衰減，衰減的特徵時間為0即解此微分方程，得式中ρ0是t=0時的電荷密度。一般金屬：τ~10-17秒，也就是說只要電磁波頻率ω1017Hz時，金屬導體可看成良導體，良導體內部沒有自由電荷分佈，電荷只能分佈在導體表面上。因此，只要電磁波的頻率滿足或者（這就是良導體條件）則Maxwellequ’s為：從以上討論我們還看到：導體中自由電荷衰減是相當快的，並且完全由導體自身性質確定，與在導體中進行何種電磁過程無關，所以在討論電磁波在導體中的傳播問題時，可以認為ρ=0。2、導體內的單色平面電磁波導電介質與非導電介質的根本區別在於導電介質中有自由電荷存在。因而，只要有電磁波存在，總要引起傳導電流。因此，導體內部：對一定頻率ω的電磁波，可令則有令並稱之為複介電常數。它的實部代表位移電流的貢獻，不產生能量損耗，虛部代表傳導電流的貢獻，能產生（引起）能量損耗。則有0從形式上看，與均勻介質中的情況完全相同，且得則有0同理可得：故有這裏也令如果令稱之為複波數。根據複數相等原則，且得即且有即亦即θzx當電磁波從真空中入射到導體表面時，以向量表示真空中的波矢，表示導體內的波矢，即由此二式可以求得，但是，向量的方向不常一致。要想求，必須由邊值關係來決定。真空中為實數，其值為因此而根據邊值關係：(a):(b):即得由此可得所以又因為良導體條件下，可知，而這樣可見得另一方面(c)：即表明：而該式則為實部=0，即故可以略去，從而得到這樣即有我們知道：此時的折射角為到此，我們可以確定兩向量。在任意入射角情況下，垂直於分界面（只有Z分量），亦接近法線方向（），也就是說，進入導體內的折射波基本上沿著垂直於表面的法線方向傳播，與入射波的方向無關。此時的電磁場為：3、趨膚效應和穿透深度如果只考慮⊥入射，即，故得到由於導體內電磁場具有衰減因數，因而電磁波只能透入導體表面薄層內，所以電磁波主要是在導體以外的空間或介質中傳播。在導體表面上，電磁波與導體中的自由電荷相互作用，引起導體表層上的電流，這電流的存在使電磁波向空間反射，一部分電磁能量透入導體內，形成導體表面薄層內的電磁波，最後經過傳導電流把這部分能量耗散為焦耳熱。此時有得到該式兩邊加上，即有因為代入上式即有：根據故則此時的電磁場形式為：式中表示電磁波傳播方向的單位向量。討論：a)從電磁場的形式中可看到，複數波向量,實質上包含了兩個部分：實部（均勻介質中的值），就是通常意義上的波向量，而虛部反映著電磁波在進入導體以後的衰減程度。造成這種