文档介绍：第四章
电磁波的传播
内容概要
1. 导体内的自由电荷分布
2. 导体内的电磁波
3. 趋肤深度和穿透效应
4. 导体表面上的反射
§ 有导体存在时电磁波的传播
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.
导体内有自由电子,在电磁波电场作用下,自由电子运动形成传导电流,产生焦耳热,使电磁波能量不断消耗. 因此,在导体内部的电磁波是一种衰减波. 在传播过程中,电磁能量转化为热能.
导体内电磁波的传播过程是交变电磁场与自由电子运动互相制约的过程,这种相互作用决定导体内电磁波的存在形式. 所以,先研究导体内自由电荷分布的特点,然后在有传导电流分布的情形下解麦克斯韦方程组,分析导体内的电磁波以及在导体表面上电磁波的反射和折射问题.
1. 导体内的自由电荷分布
导体内有自由电荷,在电磁场作用下,形成传导电流,产生焦耳热,电磁波能量不断被消耗——衰减波. 导体内电磁波的传播过程是交变电磁场和自由电子运动相互制约的过程,决定电磁波在导体中的存在形式.
导体内自由电荷分布:
传导电流:
电荷守恒定律
导体在静电情况,自由电荷只能分布在导体表面上.
只要电磁波的频率满足
就可以看作良导体. 所以在低频时可以把金属近似为良导体,,电荷只能分布在表面的导体.
导体内部电荷密度随时间指数衰减的特征时间为
理想导体:
导体内部电磁波方程:
平面波解:
称相位常数, 称衰减常数.
为传播方向, 为衰减方向.
例如: 当电磁波从真空入射到导体时, 设入射面为xz面, z轴为指向导体内部的法向, 有边值关系
可得到各个分量
矢量方向可以不一致, 利用边值关系可以解出.
等相位面
等振幅面