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电磁场能量转换传播模式

肖军

电磁波在真空中的传播模式是物理学中经典而重要的研究课

题。并是电磁学理论研究的核心内容之一。麦克斯韦方程作为电磁

学的基石，描述了电场和磁场的传输与变化规律。本文将基于麦克

斯韦场方程，深入探讨电磁场能量相互激发和相互转化两种传播模

式，并以电偶极子辐射为例，分析电磁场能量的转换机制。

1、麦克斯韦场方程与电磁波的传播

麦克斯韦场方程是电磁学的基础，它描述了电磁波的电场和

磁场传输与变化关系。在真空无源情形下，麦克斯韦场方程可以

简化为如下形式：

B

E

t(4.1)

E

B

00

t

其中，和分别是构成电磁波的横向电场和横向磁场；和分

EB

00

别为真空中的电容率和磁导率。由场方程可以看出，电场和磁场是

相互关联的同频率同相位电磁场。

2、电磁场能量的两种传播模式

满足麦克斯韦场方程的同相位电磁场可写成两种等价形式，以

往普遍认为，在电磁波传播过程中，同相位的电场和磁场是分别位

于坐标相差两不同点处，见图4.1a所示，其中,是电磁波波长，

N

N=0、1、2…n。笔者发现，同相位电磁场也可以是分别位于坐标相

差N1/4两不同点处，见图4.1b所示。它们都是满足麦克斯韦场



方程的两种不同传播模式。

BEBE

xx

0

0

（a）同相位电磁场（b）相位差为/2电磁场

图4.1电磁波的两种不同传播模式

2.1相互激发传播模式

位于坐标相差两不同点处的同相位电磁场可用余弦函数描

N

述为

*

EEcoskxt

m

(4.2)

BBcoskxt

m

*

式中，xxN；xk0r；k0r/r。见图4.2所示，同相位电场和

E