有導(dǎo)體存在時(shí)電磁波的傳播.ppt

上一節(jié)課的主要內(nèi)容,1. 反射和折射定律,2.菲涅耳公式,3.全反射,4.3 有導(dǎo)體存在時(shí)電磁波的傳播 Electromagnetic Wave Propagation in Conduction Medium,引言 （1）真空或介質(zhì)中電磁波傳播可視為無(wú)能量損耗，電磁波無(wú)衰減； （2）電磁波遇到導(dǎo)體，導(dǎo)體內(nèi)自由電子在電場(chǎng)的作用下運(yùn)動(dòng)，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(dǎo)體內(nèi)部電磁波是一種衰減波； （3）在導(dǎo)體中，交變電磁場(chǎng)與自由電子運(yùn)動(dòng)相互作用，使導(dǎo)體中電磁波傳播不同于真空或介質(zhì)中電磁波的傳播形式。,一導(dǎo)體內(nèi)的自由電荷分布,在變化電磁場(chǎng)中，導(dǎo)體不再處于靜電平衡狀態(tài)，必然有體電荷分布， 分布隨時(shí)間變化形成電流，產(chǎn)生附加變化電磁場(chǎng)，形成導(dǎo)體內(nèi)總電磁場(chǎng)分布，又影響 。,1靜電場(chǎng)中導(dǎo)體上的電荷分布,靜電平衡時(shí)，電荷僅分布在表面上，導(dǎo)體內(nèi)部無(wú)電荷，且電場(chǎng)強(qiáng)度垂直導(dǎo)體表面。,2變化場(chǎng)情況下的電荷分布,本節(jié)僅討論均勻?qū)w。,為特征時(shí)間或馳豫時(shí)間，表示 減小到 所需時(shí)間。,3良導(dǎo)體條件,二導(dǎo)體內(nèi)的電磁波,1基本方程（導(dǎo)體內(nèi)部）,2導(dǎo)體中的平面波解,（1）引入復(fù)介電場(chǎng)數(shù),實(shí)部為位移電流的貢獻(xiàn)；虛部為傳導(dǎo)電流的貢獻(xiàn)，引起能耗（耗散功率 ）。 因此，定態(tài)波方程組與介質(zhì)中定態(tài)波方程組形式上完全一樣 。,（2）直接寫(xiě)出亥姆霍茲方程,（ 3）平面波解仍可寫(xiě)作,3 、 的意義及表示式,（1）平面電磁波解改寫(xiě)為：,（2） 、 與 間的關(guān)系式,（3）平面波從介質(zhì)入射到導(dǎo)體表面,（即 分界面指向?qū)w內(nèi)部，波 沿 方向衰減）,三穿透深度和趨膚效應(yīng),對(duì)正入射： ，,良導(dǎo)體情況下： （ ）。,2趨膚效應(yīng)： 對(duì)于良導(dǎo)體，當(dāng)電磁波頻率為交變頻率時(shí)，電磁場(chǎng)及交頻電流集中在導(dǎo)體表面薄層。,穿透深度與電導(dǎo)率及頻率的平方根成反比例如對(duì)銅來(lái)說(shuō)， 5 107S m-1，當(dāng)頻率為 50Hz時(shí)， 0.9cm；當(dāng)頻率為 100MHz時(shí)， 0.7 10-3cm由此可見(jiàn)，對(duì)于高頻電磁波，電磁場(chǎng)以及和它相作用的高頻電流僅集中于表面很薄一層內(nèi)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為趨膚效應(yīng) .,3導(dǎo)體內(nèi)磁場(chǎng)與電場(chǎng)的關(guān)系,對(duì)良導(dǎo)體,且 ， 因此，電場(chǎng)與磁場(chǎng)有 的相位差,則有 ；,在真空或介質(zhì)中 ，兩者比較可見(jiàn)導(dǎo)體中磁場(chǎng)比真空或介質(zhì)中磁場(chǎng)重要的多，金屬中電磁能主要是磁場(chǎng)能量.,和絕緣介質(zhì)情形一樣，應(yīng)用邊值關(guān)系可以分析導(dǎo)體表面上電磁波的反射和折射問(wèn)題在一般入射角下，由于導(dǎo)體內(nèi)電磁波的特點(diǎn)使計(jì)算比較復(fù)雜垂直入射情形計(jì)算較為簡(jiǎn)單，而且已經(jīng)可以顯示出導(dǎo)體反射的特點(diǎn)因此這里只討論垂直入射情形,四導(dǎo)體表面上的反射,設(shè)電磁波由真空入射于導(dǎo)體表面，在界面上產(chǎn)生反射波和透入導(dǎo)體內(nèi)的折射波垂直入射情形，電磁場(chǎng)邊值關(guān)系為,反射系數(shù),例2.計(jì)算高頻下良導(dǎo)體的表面電阻.,解:由于趨膚效應(yīng)，高頻下僅在導(dǎo)體表面薄層內(nèi)有電流通過(guò)取z軸沿指向?qū)w內(nèi)部的法線方向?qū)w內(nèi)體電流密度為,這電流分布于表面附近厚度-1的薄層內(nèi),由于深人到導(dǎo)體內(nèi)部(z)時(shí), J的數(shù)值已很小，所以也可以把這積分寫(xiě)為由z= 0到z = 積分,其中E0為表面上的電場(chǎng)值,導(dǎo)體內(nèi)平均損耗功率密度為,導(dǎo)體平均損耗功率為,導(dǎo)體在高頻下的電阻相當(dāng)于厚度為的薄層的直流電阻,把1/代入得,本次課的主要內(nèi)容,1.導(dǎo)體中的平面波解,良導(dǎo)體情況下： （ ）。,2.穿透深度和趨膚效應(yīng),穿透深度,對(duì)于良導(dǎo)體，當(dāng)電磁波頻率為交變頻率時(shí)，電磁場(chǎng)及交頻電流