媒質中的平面電磁波
正文
平面波是指等相位面和等振幅面都是平面的波。一個有限的波源所發出的波,在遠處局限的範圍內,可以近似地被看成平面電磁波,另外,一般的波還可以看作是許多平面波的疊加。因此對平面波的分析是研究電磁波性質及傳播規律的基礎。對於在媒質中傳播的平面波,其傳播特性將受到媒質電磁性質的影響。這裡只討論電磁波線上性、均勻且各向同性的媒質中傳播的情形,這種媒質的電磁性質可用介電常數ε、電導率σ和磁導率μ三個參數來表征。 在等相位面與等振幅面都與x軸方向垂直的情況下,根據麥克斯韋方程組可得
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![媒質中的平面電磁波](/img/0/089/ml2ZuM3XwMDO5gTO1gTNxgDM5ETMwADMwADMwADMwADMxAzL1EzLwMzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLxE2LvoDc0RHa.jpg)
![媒質中的平面電磁波](/img/0/1c6/ml2ZuM3X1EzMxkTO1gTNxgDM5ETMwADMwADMwADMwADMxAzL1EzL1EzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLwE2LvoDc0RHa.jpg)
![媒質中的平面電磁波](/img/d/5a0/ml2ZuM3X3AjM5kDO5AzMxgDM5ETMwADMwADMwADMwADMxAzLzEzL3AzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLzE2LvoDc0RHa.jpg)
![媒質中的平面電磁波](/img/7/1df/ml2ZuM3XwMzNykTO1gTNxgDM5ETMwADMwADMwADMwADMxAzL1EzLwMzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLwE2LvoDc0RHa.jpg)
其中的
![媒質中的平面電磁波](/img/0/089/ml2ZuM3XwMDO5gTO1gTNxgDM5ETMwADMwADMwADMwADMxAzL1EzLwMzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLxE2LvoDc0RHa.jpg)
![媒質中的平面電磁波](/img/0/089/ml2ZuM3XwMDO5gTO1gTNxgDM5ETMwADMwADMwADMwADMxAzL1EzLwMzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLxE2LvoDc0RHa.jpg)
![媒質中的平面電磁波](/img/0/1c6/ml2ZuM3X1EzMxkTO1gTNxgDM5ETMwADMwADMwADMwADMxAzL1EzL1EzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLwE2LvoDc0RHa.jpg)
![媒質中的平面電磁波](/img/0/1c6/ml2ZuM3X1EzMxkTO1gTNxgDM5ETMwADMwADMwADMwADMxAzL1EzL1EzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLwE2LvoDc0RHa.jpg)
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以上α和β都是正值,這是由於媒質的導電性質造成其中的焦耳熱損耗,隨著波的傳播,其振幅應逐漸減小;又由於電磁波是以有限速度傳播的,隨著波的傳播,其相位也應逐漸滯後。從此可以看出,式(3)、(4)中前一項是沿x軸正方向傳播的波;後一項則是沿x軸負方向傳播的波。不論向哪個方向傳播的波,其電場強度與磁場強度兩相量的比都是
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![媒質中的平面電磁波](/img/7/5ab/ml2ZuM3X1ITMwADM2gTNxgDM5ETMwADMwADMwADMwADMxAzL1EzL1IzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLyE2LvoDc0RHa.jpg)
![媒質中的平面電磁波](/img/6/e5c/ml2ZuM3XxYjMxADM2gTNxgDM5ETMwADMwADMwADMwADMxAzL1EzLxYzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLwE2LvoDc0RHa.jpg)
![媒質中的平面電磁波](/img/2/438/nBnauM3X2EDNwkTNxczMxgDM5ETMwADMwADMwADMwADMxAzLzEzL2EzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLyE2LvoDc0RHa.jpg)
![媒質中的平面電磁波](/img/3/421/ml2ZuM3XwgjM3cTM0YTNxgDM5ETMwADMwADMwADMwADMxAzL1EzLwgzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLyE2LvoDc0RHa.jpg)
在以上這些關係中,令σ=0,則得到電磁波在無損絕緣介質中的傳播特性。
在良導體中,只要頻率不是極高,一般都可以忽略位移電流,令以上各式中ε 為零,得
![媒質中的平面電磁波](/img/2/cb6/ml2ZuM3XzAjM4ADM2gTNxgDM5ETMwADMwADMwADMwADMxAzL1EzLzAzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLwE2LvoDc0RHa.jpg)
![媒質中的平面電磁波](/img/2/5fb/ml2ZuM3X3EDN5ADM2gTNxgDM5ETMwADMwADMwADMwADMxAzL1EzL3EzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmL0E2LvoDc0RHa.jpg)
在良導體中相位係數與衰減係數近似相等,波長λ=
![媒質中的平面電磁波](/img/a/225/ml2ZuM3XyQjNwEDM2gTNxgDM5ETMwADMwADMwADMwADMxAzL1EzLyQzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLzE2LvoDc0RHa.jpg)
在良導體中複數波阻抗
![媒質中的平面電磁波](/img/2/5c2/ml2ZuM3XwczMyEDM2gTNxgDM5ETMwADMwADMwADMwADMxAzL1EzLwczLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLwE2LvoDc0RHa.jpg)
良導體中電磁波的傳播特性是對趨膚效應、鄰近效應及電磁禁止進行分析和計算的基礎。
參考書目
謝處方、饒克謹編:《電磁場與電磁波》,人民教育出版社,北京,1979。
郭碩鴻著:《電動力學》,人民教育出版社,北京1979。
George Bekefi and Alan H. Barrett,Electromagnetic Vibrations, Waves and Radiation,MIT Press, Cambridge,Mass.,1977.