有導體存在時電磁波的傳播.pptVIP

上一節(jié)課的主要內容,1. 反射和折射定律,2.菲涅耳公式,3.全反射,4.3 有導體存在時電磁波的傳播 Electromagnetic Wave Propagation in Conduction Medium,引言 （1）真空或介質中電磁波傳播可視為無能量損耗，電磁波無衰減； （2）電磁波遇到導體，導體內自由電子在電場的作用下運動，形成電流，電流產(chǎn)生焦耳熱，使電磁波的能量不斷損耗，因此在導體內部電磁波是一種衰減波； （3）在導體中，交變電磁場與自由電子運動相互作用，使導體中電磁波傳播不同于真空或介質中電磁波的傳播形式。,一導體內的自由電荷分布,在變化電磁場中，導體不再處于靜電平衡狀態(tài)，必然有體電荷分布， 分布隨時間變化形成電流，產(chǎn)生附加變化電磁場，形成導體內總電磁場分布，又影響 。,1靜電場中導體上的電荷分布,靜電平衡時，電荷僅分布在表面上，導體內部無電荷，且電場強度垂直導體表面。,2變化場情況下的電荷分布,本節(jié)僅討論均勻導體。,為特征時間或馳豫時間，表示 減小到 所需時間。,3良導體條件,二導體內的電磁波,1基本方程（導體內部）,2導體中的平面波解,（1）引入復介電場數(shù),實部為位移電流的貢獻；虛部為傳導電流的貢獻，引起能耗（耗散功率 ）。 因此，定態(tài)波方程組與介質中定態(tài)波方程組形式上完全一樣 。,（2）直接寫出亥姆霍茲方程,（ 3）平面波解仍可寫作,3 、 的意義及表示式,（1）平面電磁波解改寫為：,（2） 、 與 間的關系式,（3）平面波從介質入射到導體表面,（即 分界面指向導體內部，波 沿 方向衰減）,三穿透深度和趨膚效應,對正入射： ，,良導體情況下： （ ）。,2趨膚效應： 對于良導體，當電磁波頻率為交變頻率時，電磁場及交頻電流集中在導體表面薄層。,穿透深度與電導率及頻率的平方根成反比例如對銅來說， 5 107S m-1，當頻率為 50Hz時， 0.9cm；當頻率為 100MHz時， 0.7 10-3cm由此可見，對于高頻電磁波，電磁場以及和它相作用的高頻電流僅集中于表面很薄一層內，這種現(xiàn)象稱為趨膚效應 .,3導體內磁場與電場的關系,對良導體,且 ， 因此，電場與磁場有 的相位差,則有 ；,在真空或介質中 ，兩者比較可見導體中磁場比真空或介質中磁場重要的多，金屬中電磁能主要是磁場能量.,和絕緣介質情形一樣，應用邊值關系可以分析導體表面上電磁波的反射和折射問題在一般入射角下，由于導體內電磁波的特點使計算比較復雜垂直入射情形計算較為簡單，而且已經(jīng)可以顯示出導體反射的特點因此這里只討論垂直入射情形,四導體表面上的反射,設電磁波由真空入射于導體表面，在界面上產(chǎn)生反射波和透入導體內的折射波垂直入射情形，電磁場邊值關系為,反射系數(shù),例2.計算高頻下良導體的表面電阻.,解:由于趨膚效應，高頻下僅在導體表面薄層內有電流通過取z軸沿指向導體內部的法線方向導體內體電流密度為,這電流分布于表面附近厚度-1的薄層內,由于深人到導體內部(z)時, J的數(shù)值已很小，所以也可以把這積分寫為由z= 0到z = 積分,其中E0為表面上的電場值,導體內平均損耗功率密度為,導體平均損耗功率為,導體在高頻下的電阻相當于厚度為的薄層的直流電阻,把1/代入得,本次課的主要內容,1.導體中的平面波解,良導體情況下： （ ）。,2.穿透深度和趨膚效應,穿透深度,對于良導體，當電磁波頻率為交變頻率時，電磁場及交頻電流