電磁場與電磁波報告

..;.;.一、電磁場與電磁波的應(yīng)用人們對電磁理論的爭論經(jīng)過了漫長的過程。早期磁現(xiàn)象曾被認(rèn)為是與電現(xiàn)象獨立無關(guān)的，電學(xué)和磁學(xué)是兩門平行的學(xué)科。電磁場現(xiàn)象的爭論覺察是從十六世紀(jì)下半葉英國人吉爾伯特試驗開放的，在爭論過程中18世紀(jì)，由法國物理學(xué)家?guī)靷愐约坝锢韺W(xué)家卡文迪許開放爭論分析，他們的主要奉獻是制造了用測量儀器對電磁場現(xiàn)象做定量的規(guī)律，從而促使電磁場的進展得到了質(zhì)的飛越。堅信自然力可以相互轉(zhuǎn)化的奧斯特覺察了電流磁效應(yīng)，之后安培提出安培定則和分子電流假說。受到奧斯特試驗現(xiàn)象鼓舞的法拉第于1831年首次覺察電磁感應(yīng)現(xiàn)象，奠定了電磁學(xué)的根底。在這之后，經(jīng)典電磁學(xué)集大成者、英國天才物理學(xué)家麥克斯韋在法拉第的電磁爭論根底上，進一步探討了電與磁之間的相互影響作用關(guān)系，說明白電磁場的涵義，與此同時，他還總結(jié)分析除了電磁現(xiàn)象的規(guī)律，發(fā)表了位移電流的相關(guān)概念，并總結(jié)提出了麥克斯韋方程組，實現(xiàn)了物理史上的其次次綜合?，F(xiàn)代電子技術(shù)如通訊、播送、電視、導(dǎo)航、雷達(dá)、遙感、測控、電子對抗、電子儀器和測量系統(tǒng)，都離不開電磁波的放射、掌握、傳播和接收；從家用電器、工業(yè)自動化到地質(zhì)勘探，從電力、交通等工業(yè)、農(nóng)業(yè)到醫(yī)療等國民經(jīng)濟領(lǐng)域，幾乎全部涉及到電磁場理論的應(yīng)用。并且電磁學(xué)始終是興科學(xué)的孕育點。電磁懸浮技術(shù)〔electromagneticlevitation〕簡稱EML技術(shù)。它的主要原理是利用高頻電磁場在金屬表電磁懸浮技術(shù)〔electromagneticlevitation〕簡稱EML技術(shù)。它的主要原理是利用高頻電磁場在金屬表面產(chǎn)生的渦流來實現(xiàn)對金屬的懸浮體。磁懸浮技術(shù)的系統(tǒng)，是由轉(zhuǎn)子、傳感器、掌握器和執(zhí)行器4局部組成，其中執(zhí)行器包括電磁鐵和功率放大器兩局部。假設(shè)在參考位置上，轉(zhuǎn)子受到一個向下的擾動，就會偏離其參考位置，這時傳感器檢測出轉(zhuǎn)子偏離參考點的位移，作為掌握器的微處理器將檢測的位移變換成控制信號，然后功率放大器將這一掌握信號轉(zhuǎn)換成掌握電流，掌握電流在執(zhí)行磁鐵中產(chǎn)生磁力，從而驅(qū)動轉(zhuǎn)子返回到原來平衡位置。因此，不管轉(zhuǎn)子受到向下或向上的擾動，轉(zhuǎn)子始終能處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。目前在磁懸浮技術(shù)，國內(nèi)外爭論的熱點為磁懸浮軸承和磁懸浮列車。與傳統(tǒng)鐵路相比磁懸浮列車具有運行速度快；無有害的廢氣，有利于環(huán)境保護；無需車輪，不存在輪軌摩擦而產(chǎn)生的輪對磨損，削減了維運行速度快；無有害的廢氣，有利于環(huán)境保護；無需車輪，不存在輪軌摩擦而產(chǎn)生的輪對磨損，削減了維護工作量和經(jīng)營本錢等優(yōu)點。磁懸浮列車主要由懸浮系統(tǒng)、推動系統(tǒng)和導(dǎo)向系統(tǒng)三大局部組成。盡管可以使用與磁力無關(guān)的推動系統(tǒng)，但在目前的絕大局部設(shè)計中，這三局部的功能均由磁力來完成。依據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，磁懸浮列車可以分為不同的種類，按磁懸浮列車所承受的電磁鐵種類可以分為常導(dǎo)磁吸式和超導(dǎo)排斥型兩大類。常導(dǎo)磁吸式磁懸浮列車?yán)醚b在車輛兩側(cè)轉(zhuǎn)向架上的常導(dǎo)電磁鐵(懸浮電磁鐵)和鋪設(shè)在線路導(dǎo)軌上的磁鐵，在磁場作用下產(chǎn)生的吸引力使車輛浮起。車輛和軌面之間的間隙與吸引力的大小成反比。為了保證這種懸浮的牢靠性和列車運行的平穩(wěn)，使直線電機有較高的功率，必需準(zhǔn)確地掌握電磁鐵中的電流，使磁10mm來進展系統(tǒng)的反響掌握。這種懸浮方式不需要設(shè)置專用的著地支撐裝置和關(guān)心的著地車輪，對掌握系統(tǒng)的300～500km/h范圍內(nèi)，適合于城際及市郊的交通運輸。常導(dǎo)磁吸式磁懸浮列車的導(dǎo)向系統(tǒng)與懸浮系統(tǒng)類似，是在車輛側(cè)面安裝一組特地用于導(dǎo)向的電磁鐵。車體與導(dǎo)向軌側(cè)面之間保持肯定間隙。當(dāng)車輛左右偏移時，車上的導(dǎo)向電磁鐵與導(dǎo)向軌的側(cè)面相互作用，使車輛恢復(fù)到正常位置。掌握系統(tǒng)通過對導(dǎo)向磁鐵中的電流進展掌握來保持這一側(cè)向間隙，從而到達(dá)掌握列車運行方向的目的。超導(dǎo)排斥型磁懸浮列車在車輛底部安裝超導(dǎo)磁體〔放在液態(tài)氦儲存槽內(nèi)〕,在軌道兩側(cè)鋪設(shè)一系列鋁環(huán)線圈。列車運行時給車上線圈〔超導(dǎo)磁體〕通電流,產(chǎn)生強磁場,地上線圈〔鋁環(huán)〕與之相切割,在鋁環(huán)內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流。感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場與車輛上超導(dǎo)磁體的磁場方向相反,兩個磁場產(chǎn)生排斥力。當(dāng)排斥力大于車輛重量時車輛就浮起來。因此，超導(dǎo)排斥型磁懸浮列車就是利用置于車輛上的超導(dǎo)磁體與鋪設(shè)在軌道上的100mm左右。這種磁懸浮列車低速時并不懸浮，當(dāng)速度到達(dá)100km/h時才懸浮起來，它的最高運行速度可以到達(dá)1000km/h，固然其建筑技術(shù)和本錢要比常導(dǎo)磁吸式磁懸浮列車高得多。超導(dǎo)排斥型磁懸浮列車的導(dǎo)向系統(tǒng)可以承受以下3種方式構(gòu)成:①在車輛上安裝機械導(dǎo)向裝置實現(xiàn)列車導(dǎo)向。這種裝置通常承受車輛上的側(cè)向?qū)蜿P(guān)心輪，使之與導(dǎo)向軌側(cè)面相互作用(滾動摩擦)以產(chǎn)生復(fù)原力，這個力與列車沿曲線運行時產(chǎn)生的側(cè)向力相平衡，從而使列車沿著導(dǎo)向軌中心線運行。②在車輛上安裝專用的導(dǎo)向超導(dǎo)磁鐵，使之與導(dǎo)向軌側(cè)向的地面線圈和金屬帶產(chǎn)生磁斥力，該力與列車的側(cè)向作用力相平衡，使列車保持正確的運行方向。這種導(dǎo)向方式避開了機械摩擦，只要掌握側(cè)向地面導(dǎo)向線圈中的電流，就可以使列車保持肯定的側(cè)向間隙。③利用磁力進展導(dǎo)引的“零磁通量”導(dǎo)向系鋪設(shè)“8”圈內(nèi)的磁場為零；而當(dāng)列車產(chǎn)生側(cè)向位移時，“8”字形的線圈內(nèi)磁場為零，并產(chǎn)生一個反作用力以平衡列車的側(cè)向力，使列車回到線路中心線的位置。在推動系統(tǒng)方面，關(guān)鍵的技術(shù)是把旋轉(zhuǎn)電機開放成直線電機。它的根本構(gòu)成和作用原理與一般旋轉(zhuǎn)電機類似，開放以后，其傳動方式也就由旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動。常導(dǎo)磁吸式磁懸浮承受短定子異步直線電機。在車上安裝三相電樞繞組，軌道上安裝感應(yīng)軌。承受車上供電方式。這種方式構(gòu)造比較簡潔，簡潔維護，造價低，適用于中低速的城市運輸及近郊運輸以及作為短程旅游線系統(tǒng)；主要缺點是功率偏低，不利于高速運行。其中TRTransrapid06號磁懸浮列車，以及日本的HSST型磁懸浮列車都承受這種形式。超導(dǎo)排斥式磁懸浮承受長定子同步直線電機。其超導(dǎo)電磁體安裝在車輛上，在軌道沿線設(shè)置無源閉合線圈或非磁性金屬板。作為磁浮裝置的超導(dǎo)電磁線圈的承受，為直線同步電機的激磁線圈處于超導(dǎo)狀態(tài)供給了便利條件。它們可以共存于同一個冷卻系統(tǒng)，或者同一線圈同時起到懸浮、導(dǎo)向和推動〔長約30km〕區(qū)間又分成很多段〔約0m，每段只有列車通過時供電，各段切換由觸點真空開關(guān)完成。為使列車在段間不沖動，需兩組逆變器輪流供電，其特點為大功率、高壓、大電流。動力在地面的優(yōu)勢有路軌電機的功率強以及車輛的設(shè)計簡化、重量輕。適用于高速和超高速磁懸浮鐵路。日本和加拿大打算進展這種磁懸浮系統(tǒng)。隨著電子元件的集成化以及掌握理論和轉(zhuǎn)子動力學(xué)的進展，經(jīng)過多年的爭論工作，國內(nèi)外對該項技術(shù)的爭論都取得了很大的進展。但是不管是在理論還是在產(chǎn)品化的過程中，該項技術(shù)都存在很多的難題，其中磁懸浮列車的技術(shù)難題是懸浮與推動以及一套簡單的掌握系統(tǒng)，它的實現(xiàn)需要運用電子技術(shù)、電磁器件、直線電機、機械構(gòu)造、計算機、材料以及系統(tǒng)分析等方面的高技術(shù)成果，需要攻關(guān)的是組成系統(tǒng)的技術(shù)和實現(xiàn)工程化。除了上述技術(shù)問題外，磁懸浮列車還面臨著安全〔如磁懸浮的輻射問題〕和資金等方面的困難，所以盡管磁懸浮列車相對于傳統(tǒng)鐵路具有很大的優(yōu)勢，其大規(guī)模應(yīng)用還需要很長的時間來實現(xiàn)。二、電磁學(xué)試驗物理學(xué)是一門試驗的科學(xué)，離開了物理試驗，物理學(xué)就不能得到進展，例如物理學(xué)的兩朵烏云邁克耳遜－莫雷試驗與“以太”說沖突和黑體輻射與“紫外災(zāi)難”〕都是由于試驗結(jié)果與理論分析的沖突，分別促了相對論和量子理論的誕生。對于物理學(xué)分支的電磁學(xué)，試驗的作用不容無視。電磁學(xué)從進展至今，為了驗證理論的正確性，物理科學(xué)家完成了很多經(jīng)典試驗。赫茲電磁波證明試驗自麥克斯韋預(yù)言電磁波存在之后，第一個驗證電磁波存在的科學(xué)家是赫茲。赫茲在柏林大學(xué)隨赫爾姆霍茲學(xué)物理時，受赫爾姆霍茲之鼓舞爭論麥克斯韋電磁理論，當(dāng)時德國物理界深信韋伯的電力與磁力可瞬時傳送的理論。因此赫茲就打算以試驗來證明韋伯與麥克斯韋理論誰的正確。依照麥克斯韋理論，電擾動能輻射電磁波。赫茲依據(jù)電容器經(jīng)由電火花隙會產(chǎn)生振蕩原理，設(shè)計了一套電磁波發(fā)生器，赫茲將一感應(yīng)線圈的兩端接于產(chǎn)生器二銅棒上。當(dāng)感應(yīng)線圈的電流突然中斷時，其感應(yīng)高電壓使電火花隙之間產(chǎn)生火花。瞬間后，電荷便經(jīng)由電火花隙在鋅板間振蕩，頻率高達(dá)數(shù)百萬周。由麥克斯韋理論，此火花應(yīng)產(chǎn)生電磁波，于是赫茲設(shè)計了一簡潔的檢波器來探測此電磁波。他將一小段導(dǎo)線彎成圓形，線的兩端點間留有小電火花隙。因電磁波應(yīng)在此小線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，而使電火花隙產(chǎn)生火花。所以他坐在一暗室內(nèi)，檢波器距振蕩器10米遠(yuǎn)，結(jié)果他覺察檢波器的電火花隙間確有小火花產(chǎn)生。赫茲在暗室遠(yuǎn)端的墻壁上覆有可反射電波的鋅板，入射波與反射波重疊應(yīng)產(chǎn)生駐波，他也以檢波器在距振蕩器不同距離處偵測加以證明。赫茲先求出振蕩器的頻率，又以檢波器量得駐波的波長，二者乘積即電磁波的傳播速度。正如麥克斯韋推測的一樣。電磁波傳播的速度等于光速。赫茲試驗的裝置圖如以下圖所示： 圖一 圖二圖一用來產(chǎn)生電磁波，圖二用于探測電磁波，在圖二中套在桿CD上的套子可以調(diào)整其長短，用來轉(zhuǎn)變此桿的固有頻率。當(dāng)偶極子振蕩并放射電磁波時，由于電磁感應(yīng)，桿CD會產(chǎn)生電磁受迫振蕩，在空隙中也就有火花發(fā)生。當(dāng)這銅桿的固有頻率等于振蕩偶極子的振蕩頻率時，形成共振，火花更強。所以，這銅桿稱為諧振器。1888年，赫茲的試驗成功了，而麥克斯韋理論也因此獲得了無上的榮耀。赫茲在試驗時曾指出，電磁波可以被反射、折射和如同可見光、熱波一樣的被偏振。由他的振蕩器所發(fā)出的電磁波是平面偏振波，其電場平行于振蕩器的導(dǎo)線，而磁場垂直于電場，且兩者均垂直傳播方向。法拉第電磁感應(yīng)試驗奧斯特覺察電流磁效應(yīng)之后，很多科學(xué)家想證明其逆效應(yīng)，即磁是否可以產(chǎn)生電，但是他們都堅持穩(wěn)態(tài)條件不變，沒有得到正確是試驗結(jié)果，最終堅持不懈法拉第覺察在線圈中的電流剛接通或者斷開時，另一個線圈中產(chǎn)生了電流，從而覺察了電磁感應(yīng)定律。上述現(xiàn)象仍舊發(fā)生，只是線圈B最終生疏到感應(yīng)現(xiàn)象的暫態(tài)性，提出只有在變化時，靜止導(dǎo)線中電流才能在另一根靜止導(dǎo)線中感應(yīng)出電流；而導(dǎo)線中的穩(wěn)恒電統(tǒng)不行能在另一根靜止導(dǎo)線中感應(yīng)出電流的。18311124日，法拉第向皇家學(xué)會提交法拉第把兩個線圈繞在一個鐵環(huán)上，線圈上述現(xiàn)象仍舊發(fā)生，只是線圈B最終生疏到感應(yīng)現(xiàn)象的暫態(tài)性，提出只有在變化時，靜止導(dǎo)線中電流才能在另一根靜止導(dǎo)線中感應(yīng)出電流；而導(dǎo)線中的穩(wěn)恒電統(tǒng)不行能在另一根靜止導(dǎo)線中感應(yīng)出電流的。18311124日，法拉第向皇家學(xué)會提交的一個報告中，把這種現(xiàn)象定名為“電磁感應(yīng)現(xiàn)象”，并概括了可以產(chǎn)生感應(yīng)電流的五種類型：變化的電流、變化的磁場、運動的恒定電流、運動的磁鐵、在磁場中運動的導(dǎo)體。法拉第之所以能夠取得這一卓越成就，是同他關(guān)于各種自然力的統(tǒng)一和轉(zhuǎn)化的思想親熱相關(guān)的。正是這種對于自然界各種現(xiàn)象普遍聯(lián)系的堅強信念，支持著法拉第始終不渝地為從試驗上證明磁向電的轉(zhuǎn)化而探究不已。這一覺察進一步提醒了電與磁的:庫侖扭秤試驗圖三庫侖扭秤試驗3.1785年,庫侖利用自己的有關(guān)扭力方面的學(xué)問,設(shè)計制作了一臺周密的扭秤,進展了測定電力作用的試驗。他在一個玻璃圓缸上端裝一銀質(zhì)懸絲,懸絲下掛一橫桿,桿的一端為木質(zhì)小球A,另一端是一配平用的小球B360個刻度,懸絲自由放松時,0C帶電,然后使它與桿端小球A接觸后分開,以便兩小球均帶同種等量電荷,,在這一位置上36個刻度、18個刻度和8.5個刻度,大體上按縮短一半的比例來觀測,結(jié)果懸絲分別扭轉(zhuǎn)了36個刻度144個刻度和575.51:0.5:0.25,1:4:16,庫侖得出了“帶同類電的兩球之間的排斥力,接著庫侖又爭論了兩個異種電荷之間的吸引力,在這種狀況下扭秤方法遇到了麻煩。由于,當(dāng)小木球A上的電荷在扭力為零的位置同固定電荷C的位置之間運動時,扭力的大小與兩球之間的距離呈線性規(guī)律變化,而電荷之間的吸引力則與距離的平方關(guān)系呈反比變化,兩者之間即使能夠到達(dá)平衡,也是一種不穩(wěn)定平衡,假設(shè)消滅一個微擾動,電荷之間的吸引力就會比扭力增加得更快,往往導(dǎo)致兩球相碰。庫侖在論文中這樣寫道:“即使能到達(dá)平衡,最終兩球也往往會相碰,這是由于扭秤格外敏捷,多少會消滅左右搖擺的原因,盡管如此,庫侖聲稱他還是首先使用了扭力同靜電吸引力平衡的方法進展了測量,并說明他由此得到靜電吸引力也滿足平方反比律的結(jié)論。庫侖試驗所用裝置圖如下：圖四庫侖的試驗與定律在電學(xué)史上有著重要的地位,它是人們對電現(xiàn)象的爭論從定性階段進入定量階段的轉(zhuǎn)折點,它使電磁學(xué)進入了理論進展階段,成為一門定量的科學(xué)。就科學(xué)的重要性而論,庫侖的試驗及其工作是出色的。4.密立根油滴試驗行試驗之后，密立根覺察全部油滴的總電荷值皆為同一數(shù)字的倍數(shù)，因此認(rèn)定此數(shù)值為單一電子的電荷e行試驗之后，密立根覺察全部油滴的總電荷值皆為同一數(shù)字的倍數(shù)，因此認(rèn)定此數(shù)值為單一電子的電荷e。1923年獲得諾貝爾物理學(xué)獎。一般都是帶電的。在不加電場的狀況下，小油滴受重力作用而降落，當(dāng)重力與空氣的浮力和粘滯阻力平衡時，它便作勻速下降，它們之間的關(guān)系是：mg=F1+B〔1〕式中：mg──油滴受的重力，F(xiàn)1──空氣的粘滯阻力，B──空氣的浮力。令、ρ分別表示油滴和空氣的密度；a為油滴的半徑；η為空氣的粘滯系數(shù)；為油滴勻速下降速度。因此油滴受的重力為 ，空氣的浮力 ，空氣的粘滯阻力 〔流體力學(xué)的斯托克斯定律。于是〔1〕式變?yōu)椋嚎傻贸鲇偷蔚陌霃?〔2〕當(dāng)平行電極板間加上電場時，設(shè)油滴所帶電量為q，它所受到的靜電力為qE，E為平行極板間的電場強度，E=U/d，U為兩極板間的電勢差，d為兩板間的距離。適中選擇電勢差U的大小和方向，使油滴受到電場的作用向上運動，以表示上升的速度。當(dāng)油滴勻速上升時，可得到如下關(guān)系式：F2+mg=qE+B〔3〕上式中F2為油滴上升速度為時空氣的粘滯阻力：F2=6πηa由〔3〕式得到油滴所帶電量q為q=(F1+F2)/E=6πηad( + )/u〔4〕〔4〕式說明，按〔2〕式求出油滴的半徑a后，由測定的油滴不加電場時下降速度和加上電場時油滴勻速上升的速度，就可以求出所帶的電量q。密立根油滴試驗裝置如以下圖：圖五油滴試驗中將微觀量測量轉(zhuǎn)化為宏觀量測量的奇異設(shè)想和準(zhǔn)確構(gòu)思，以及用比較簡潔的儀器，測得比較準(zhǔn)確而穩(wěn)定的結(jié)果等都是富有啟發(fā)性的，其試驗原理至今仍在當(dāng)代物理科學(xué)爭論的前沿發(fā)揮著作用。油滴試驗中將微觀量測量轉(zhuǎn)化為宏觀量測量的奇異設(shè)想和準(zhǔn)確構(gòu)思，以及用比較簡潔的儀器，測得比較準(zhǔn)確而穩(wěn)定的結(jié)果等都是富有啟發(fā)性的，其試驗原理至今仍在當(dāng)代物理科學(xué)爭論的前沿發(fā)揮著作用。三、平面電磁波平面電磁波是指電磁波的場矢量的等相位面是與電磁波傳播方向垂直的無限大平面，它是矢量波動是假設(shè)場點離波源足夠遠(yuǎn)的話，那么空間曲面的很小的一局部就格外接近平面，在這一小范圍內(nèi)，波的傳播特性也近似為平面波。在平面波中，均勻平面波是最簡潔的電磁波。均勻平面波是指等相位面為無限大平面，且等相位面上場強大小相等、方向一樣的電磁波，即沿某方向傳播的平面電磁波的場量除隨時間變化外，只與波傳播方向的坐標(biāo)有關(guān)，而與其他坐標(biāo)無關(guān)?！惨弧o耗媒質(zhì)中齊次波動方程的均勻平面波解1.無耗媒質(zhì)是指：σ=0μ、ε為實常數(shù)，無源是指：ρ=0，J=0;所以在此媒質(zhì)中依據(jù)麥克斯韋方程組和矢量恒等式可以得到電場強度量恒等式可以得到電場強度E和磁場強度H假設(shè)均勻平面電磁波沿z軸傳播，則其在xy無變化〔不肯定為無變化〔不肯定為0，所以E、H對xy的偏導(dǎo)數(shù)為0，又由于t=0,即其在z方向上的重量為0。依據(jù)疊加原理，可分別計算、 在x,y方向的重量，假設(shè)只有x方向重量，解滿足的方程可以得到其通解為+其中與為 的任意函數(shù)滿足的方程可以得到其通解為+其中與只有重量，同理可得別表示沿z軸正負(fù)方向傳播，由于一般沒有反射波的存在，所以只有重量，同理可得。對于正弦電磁場，在無耗媒質(zhì)中，依據(jù)麥克斯韋方程的復(fù)數(shù)形式，可以得到波動方程：。對于正弦電磁場，在無耗媒質(zhì)中，依據(jù)麥克斯韋方程的復(fù)數(shù)形式，可以得到波動方程：2z) x k2Ez2

(z)x

可以得到解： + 其中E_0^+=E_0me^(+jφ)e^(-jφe^(-jφ),φ為初始相位。依據(jù)，得到+，〔單位為歐姆。3.均勻平面波的傳播特性2.均勻平面電磁波的電場強度矢量和磁場強度矢量與傳播方向垂直，沒有傳播方向的重量，即只有橫向重量，沒有縱向重量。這種電磁波被稱為橫向磁波〔TEM波。3.均勻平面波的傳播特性在1的條件下〔均勻平面波z方向傳播，并且只有x方向重量，可以得到電場強度與磁場強度矢量的時值的表達(dá)式 , ,其中為初始相位正弦均勻平面電磁波的電場和磁場在空間上相互垂直，在時間上同相，振幅之間有比值，取決于媒介的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率。正弦均勻電磁波的等相位面方程：相速(等相位面行進的速度)kz2所經(jīng)過的距離稱為波長一秒內(nèi)相位變化2。復(fù)坡印廷矢量，坡印廷矢量的時間平均值為，平均功率密度為常數(shù)，說明與傳播方向垂直的全部平面上，每單位面積通過的平均功率一樣電磁波在傳播過程中沒有能量損失，在抱負(fù)媒介中均勻平面電磁波為等振幅波。1任一時刻電場能量密度和磁場能量密度相等，各為總電磁能量的一半，值為2

0m

0Savep均勻平面波的能量傳播速度為vSavep

E2 0m

1/2

v，等于其相速。4.任意方向傳播的均勻平面波

av 0m在在1的條件下〔均勻平面波沿+z方向傳播，并且只有x方向重量〕電磁波可以表示為=，利用公式 可以得到假設(shè)現(xiàn)在為坐標(biāo)系x’yz轉(zhuǎn)后得到αγ是在直角坐標(biāo)系z中的方向余弦，則有傳播矢量k=，其方向為波的傳播方向。坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)時，矢量則有傳播矢量k=，其方向為波的傳播方向。坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)時，矢量不變，只是在不同的坐標(biāo)系下的重量不同，故任意方向傳播的均勻平面波可以表示為：r=〔二、導(dǎo)電媒質(zhì)中的平面電磁波11.無源無界的導(dǎo)電媒質(zhì)〔σ〕中的平面電磁波滿足的波動方程的推導(dǎo)方式和無耗媒質(zhì)中的相像，依據(jù)麥克斯韋方程組可以得到波動方程其中中的相像，依據(jù)麥克斯韋方程組可以得到波動方程其中，E的一個解為=，(),電場強度的復(fù)振幅以因子αzzαβ表示每單位距離落后的相位，稱為相位常數(shù)。γ距離落后的相位，稱為相位常數(shù)。γ=β-jα稱為傳播常數(shù)。是一個復(fù)數(shù)，其模小于抱負(fù)介質(zhì)的本征阻抗，幅角在0~π/4之間變化，具有感性相角。這意味著電場強度和磁場強度在空間上雖然仍相互垂直，但在時間上有相位差，二者不再同相，電場強度相位超前磁場強度相位。相速 ,波長 ，色散：攜帶信號的電磁波由于其不同頻重量以不同的速度傳播，頻率重量之間的相位關(guān)系將發(fā)生變化，從而導(dǎo)致失真。能量關(guān)系：坡印廷矢量的瞬時值：(z，t)=

mcmc2

)]。時間平均值： e2azcos。平均電能密度：w

E2e2az，平均磁能密度：w

E2e2az114 11

av,m 4 m11212平均磁能密度大于平均電能密度。由此總的平均能量密度w

。av 4 m 能量傳播速度，能速與相速相等。媒質(zhì)可以分為電解質(zhì)，不良導(dǎo)體和良導(dǎo)體，與媒質(zhì)參數(shù)和頻率有關(guān)。 〔

1〕電磁波在良導(dǎo)體中的傳播集膚效應(yīng)：由于電磁波在良導(dǎo)體中衰減極快，高頻電磁場只能存在于良導(dǎo)體外表的一個薄層內(nèi)。1f1/e的深度，稱為趨膚深度1f依據(jù)公式EeE依據(jù)公式

1，可以得到 1

，可見可見導(dǎo)電性能越22好(電導(dǎo)率越大)，工作頻率越高，則趨膚深度越小。依據(jù)公式：EEx

0E E jxH Hxy

e(1j)az,H0

0E0

e42cJEx

Je(1j)az,J0

cE0

S

av

1E2 ，222等于單位面積內(nèi)導(dǎo)體內(nèi)傳導(dǎo)電流的熱損耗的功耗〔Pc。導(dǎo)體的表面阻抗定義為導(dǎo)體表面處切向電場強度E 與切向磁場強度H 之比，x yExHyExHySRXS

z0

E0H 0211

(1j) R2 lllw1

jX ，S外表電阻相當(dāng)于單位長度單寬度，而厚度為的導(dǎo)體塊的直流電阻。電流通過外表電阻所損耗的功率等于電磁波垂直傳入導(dǎo)體