電磁場(chǎng)與電磁波基礎(chǔ)(第8章)

1、第第8 8章章 導(dǎo)電介質(zhì)中的電磁波導(dǎo)電介質(zhì)中的電磁波J1. 1. 導(dǎo)電介質(zhì)的一般模型導(dǎo)電介質(zhì)的一般模型 4. 4. 等離子體對(duì)波的反射等離子體對(duì)波的反射 重點(diǎn)重點(diǎn)：3. 3. 導(dǎo)電介質(zhì)中的電磁波導(dǎo)電介質(zhì)中的電磁波 2. 2. 導(dǎo)電介質(zhì)在高頻與低頻時(shí)的特性導(dǎo)電介質(zhì)在高頻與低頻時(shí)的特性 以導(dǎo)電媒質(zhì)作為模型來討論電磁波在其中的傳以導(dǎo)電媒質(zhì)作為模型來討論電磁波在其中的傳播情況播情況, ,模型建立在薩姆菲爾德（模型建立在薩姆菲爾德（SommerfeldSommerfeld）、）、德魯?shù)拢ǖ卖數(shù)拢―rudeDrude）和洛倫茲（）和洛倫茲（LorentzLorentz）等人的理論）等人的理論研究基礎(chǔ)之上的

2、，研究基礎(chǔ)之上的，思路思路 8.8.導(dǎo)電介質(zhì)的一般模型導(dǎo)電介質(zhì)的一般模型修改描述分子或原子中的電荷特性的一般模型，修改描述分子或原子中的電荷特性的一般模型，使其能夠適用于金屬介質(zhì)使其能夠適用于金屬介質(zhì) 。原子中移動(dòng)電荷的受力方程為原子中移動(dòng)電荷的受力方程為 2202()xxxqEmxtt低密度介質(zhì)的折射率關(guān)系式為低密度介質(zhì)的折射率關(guān)系式為 220220/1()Nqmni 上式僅僅適用于氣體，而對(duì)于密度較高的物質(zhì)上式僅僅適用于氣體，而對(duì)于密度較高的物質(zhì), ,如液體如液體或固體，由于其中分子極化形成偶極子從而產(chǎn)生局部場(chǎng)的或固體，由于其中分子極化形成偶極子從而產(chǎn)生局部場(chǎng)的原因，上式需要修改。原因，上

3、式需要修改。 但是金屬分子或原子中的自由電荷不可能發(fā)生極化，但是金屬分子或原子中的自由電荷不可能發(fā)生極化，因而對(duì)于高密度的金屬媒質(zhì)因而對(duì)于高密度的金屬媒質(zhì), ,上式無需修改。上式無需修改。 另一方面，由于自由電荷沒有被束縛在原子周圍，所另一方面，由于自由電荷沒有被束縛在原子周圍，所以不存在著正比于位移的恢復(fù)力，同時(shí)這些電荷在原子內(nèi)以不存在著正比于位移的恢復(fù)力，同時(shí)這些電荷在原子內(nèi)部也沒有自然頻率或諧振頻率。為了利用上述一般模型來部也沒有自然頻率或諧振頻率。為了利用上述一般模型來描述金屬描述金屬, ,在上面式中令在上面式中令 0022()xxxqEmtt2202/1Nqmni 于是上面的兩個(gè)式子

4、變?yōu)橛谑巧厦娴膬蓚€(gè)式子變?yōu)閤xJNqv接下來，我們來建立這些微觀模型參數(shù)與金屬的電導(dǎo)率接下來，我們來建立這些微觀模型參數(shù)與金屬的電導(dǎo)率 對(duì)于各向同性的導(dǎo)體對(duì)于各向同性的導(dǎo)體, ,電流與場(chǎng)成正比，所以有電流與場(chǎng)成正比，所以有 JExxJE在一維坐標(biāo)中，則有在一維坐標(biāo)中，則有 如果電荷在如果電荷在x x方向的平均運(yùn)動(dòng)速度為方向的平均運(yùn)動(dòng)速度為 ，那么電流則為，那么電流則為 xv對(duì)于單個(gè)的電荷對(duì)于單個(gè)的電荷, ,有有 22()xxxqEmtt0/22tx /xvxtxxqEm v2xxxxJvNqNqEEm21Nqm其中 由于由于 或或 穩(wěn)恒電流受兩個(gè)相反因素的影響：穩(wěn)恒電流受兩個(gè)相反因素的影響：（

5、i i） 場(chǎng)加速電荷的移動(dòng)場(chǎng)加速電荷的移動(dòng)（iiii）與晶格的碰撞減緩電荷的移動(dòng)。）與晶格的碰撞減緩電荷的移動(dòng)。電流得以穩(wěn)恒是這兩種影響平均后的結(jié)果，即其電流得以穩(wěn)恒是這兩種影響平均后的結(jié)果，即其平均加平均加速度為零速度為零。 2002222/111ni irinnnirirninnnn2222如果如果220022/11Nqmnii 由由22022/1(1)rinn 022/ 21()(1)rinn 8.28.2導(dǎo)電介質(zhì)在高頻或低頻時(shí)的特性導(dǎo)電介質(zhì)在高頻或低頻時(shí)的特性1 1、介質(zhì)的折射率與導(dǎo)電介質(zhì)的頻率特性、介質(zhì)的折射率與導(dǎo)電介質(zhì)的頻率特性 4220irilnk nk上式變?yōu)樯鲜阶優(yōu)?/122

6、24lrrikkkn可解得可解得 根據(jù)此式便可以定性地描根據(jù)此式便可以定性地描述金屬介質(zhì)在高頻或低頻述金屬介質(zhì)在高頻或低頻情況下的特性。情況下的特性。 顯然顯然, ,當(dāng)當(dāng) 時(shí)，有時(shí)，有 和和 此時(shí)此時(shí) , ,這意味在這種假設(shè)模型下高頻電磁波能夠穿過金這意味在這種假設(shè)模型下高頻電磁波能夠穿過金屬。在低頻情況下屬。在低頻情況下 為有限值，電磁波將會(huì)有著明顯為有限值，電磁波將會(huì)有著明顯的衰減。的衰減。 0lk 1rk 0in in422002222/ 210(1)(1)iinn 令令022/1(1)rk 022/ 2(1)lk 02 2/1(1)rk 02 2/2(1)lk由由可知可知頻率越高，頻率

7、越高， 越?。此p系數(shù)越?。此p系數(shù) 越大）越大） 因此，因此， 和和 與頻率與頻率 的關(guān)系應(yīng)該是一種非線性關(guān)的關(guān)系應(yīng)該是一種非線性關(guān)系。這種非線性關(guān)系使得電磁波在導(dǎo)電介質(zhì)中的穿透性呈系。這種非線性關(guān)系使得電磁波在導(dǎo)電介質(zhì)中的穿透性呈現(xiàn)兩段不同的特征，如圖所示?，F(xiàn)兩段不同的特征，如圖所示。 lkrk由圖可定性地看到：在低于某由圖可定性地看到：在低于某個(gè)頻率的范圍內(nèi)，隨著頻率的個(gè)頻率的范圍內(nèi)，隨著頻率的增加，電磁波會(huì)呈現(xiàn)明顯的衰增加，電磁波會(huì)呈現(xiàn)明顯的衰減，從而表現(xiàn)出穿透性變差的減，從而表現(xiàn)出穿透性變差的情況，這時(shí)將出現(xiàn)所謂的趨膚情況，這時(shí)將出現(xiàn)所謂的趨膚效應(yīng)；當(dāng)頻率高于某個(gè)數(shù)值后，效應(yīng)；當(dāng)

8、頻率高于某個(gè)數(shù)值后，電磁波會(huì)隨著頻率的增加呈現(xiàn)電磁波會(huì)隨著頻率的增加呈現(xiàn)極好的穿透性。極好的穿透性。 1當(dāng)電磁波的振幅衰減到當(dāng)電磁波的振幅衰減到 時(shí)，有時(shí)，有1e即即 1因?yàn)殡姶挪芰颗c其幅值的平方成正比，所以在經(jīng)過了這因?yàn)殡姶挪芰颗c其幅值的平方成正比，所以在經(jīng)過了這個(gè)傳播距離之后，輻射功率就衰減到個(gè)傳播距離之后，輻射功率就衰減到 . .21/e2 2、導(dǎo)電介質(zhì)的趨膚深度、導(dǎo)電介質(zhì)的趨膚深度 0exp(/ )exp(/ )xirEe En z citn z crinnin若將復(fù)折射率表示為若將復(fù)折射率表示為 0exp(/ )xxxEe Ee Eitnz c那么那么, ,平面極化波中場(chǎng)強(qiáng)表示式

9、平面極化波中場(chǎng)強(qiáng)表示式 可變?yōu)榭勺優(yōu)?又從前面的平面極化波中場(chǎng)強(qiáng)表示式可知又從前面的平面極化波中場(chǎng)強(qiáng)表示式可知/1inc 所所以以/icn折射率的虛部決定了波穿過介質(zhì)時(shí)被衰減的程度，因此當(dāng)折射率的虛部決定了波穿過介質(zhì)時(shí)被衰減的程度，因此當(dāng)我們研究電磁波在金屬中的傳播問題時(shí)，需要求出該金屬我們研究電磁波在金屬中的傳播問題時(shí)，需要求出該金屬的的 in若將電磁波的振幅衰減到若將電磁波的振幅衰減到 時(shí)它在介質(zhì)中的趨膚深度或時(shí)它在介質(zhì)中的趨膚深度或穿透深度定義為穿透深度定義為 ，根據(jù)，根據(jù) 就可以測(cè)量出電磁波在開就可以測(cè)量出電磁波在開始明顯衰減之前的傳播距離。始明顯衰減之前的傳播距離。 1e3 3、導(dǎo)電

10、介質(zhì)的趨膚效應(yīng)、導(dǎo)電介質(zhì)的趨膚效應(yīng) 導(dǎo)電介質(zhì)通常是作為導(dǎo)體來使用的，但是，當(dāng)交導(dǎo)電介質(zhì)通常是作為導(dǎo)體來使用的，但是，當(dāng)交變電流通過導(dǎo)體時(shí)，電流密度在導(dǎo)體橫截面上的變電流通過導(dǎo)體時(shí)，電流密度在導(dǎo)體橫截面上的分布將是不均勻的，并且隨著電流變化頻率的升分布將是不均勻的，并且隨著電流變化頻率的升高，導(dǎo)體上所流過的電流將越來越集中于導(dǎo)體的高，導(dǎo)體上所流過的電流將越來越集中于導(dǎo)體的表面附近，導(dǎo)體內(nèi)部的電流卻越來越小，這種現(xiàn)表面附近，導(dǎo)體內(nèi)部的電流卻越來越小，這種現(xiàn)象稱為趨膚效應(yīng)。象稱為趨膚效應(yīng)。 定義定義 引起趨膚效應(yīng)的原因就是渦流，當(dāng)交變電流通過導(dǎo)體時(shí)，引起趨膚效應(yīng)的原因就是渦流，當(dāng)交變電流通過導(dǎo)體時(shí)，

11、在它的內(nèi)部和周圍空間就產(chǎn)生環(huán)狀的交變磁場(chǎng)，而在導(dǎo)體內(nèi)在它的內(nèi)部和周圍空間就產(chǎn)生環(huán)狀的交變磁場(chǎng)，而在導(dǎo)體內(nèi)部的交變磁場(chǎng)激發(fā)了渦流。根據(jù)部的交變磁場(chǎng)激發(fā)了渦流。根據(jù)楞次楞次定律，感應(yīng)電流的效果定律，感應(yīng)電流的效果總是反抗引起感應(yīng)電流的原因的，所以渦流的方向在導(dǎo)體內(nèi)總是反抗引起感應(yīng)電流的原因的，所以渦流的方向在導(dǎo)體內(nèi)部總與電流的變化趨勢(shì)相反，即阻礙電流的變化。而在導(dǎo)體部總與電流的變化趨勢(shì)相反，即阻礙電流的變化。而在導(dǎo)體表面附近，渦流表面附近，渦流的方向的方向卻與電流的變化趨勢(shì)相同。于是，交卻與電流的變化趨勢(shì)相同。于是，交變電流不易在導(dǎo)體內(nèi)部流動(dòng)，而易于在導(dǎo)體表面附近流動(dòng)，變電流不易在導(dǎo)體內(nèi)部流動(dòng)，而

12、易于在導(dǎo)體表面附近流動(dòng)，這就形成了趨膚效應(yīng)。這就形成了趨膚效應(yīng)。 原因原因效果效果 趨膚效應(yīng)使得導(dǎo)體在傳輸高頻（微波）信號(hào)時(shí)效率很趨膚效應(yīng)使得導(dǎo)體在傳輸高頻（微波）信號(hào)時(shí)效率很低，因?yàn)樾盘?hào)沿它傳送時(shí)衰減很大。低，因?yàn)樾盘?hào)沿它傳送時(shí)衰減很大。 趨膚效應(yīng)可由導(dǎo)電媒質(zhì)的麥克斯韋方程所驗(yàn)證。首先推趨膚效應(yīng)可由導(dǎo)電媒質(zhì)的麥克斯韋方程所驗(yàn)證。首先推導(dǎo)出在導(dǎo)電區(qū)域的電流密度方程，然后獲得載流導(dǎo)體的表面導(dǎo)出在導(dǎo)電區(qū)域的電流密度方程，然后獲得載流導(dǎo)體的表面阻抗，證明它正比于頻率的平方根。阻抗，證明它正比于頻率的平方根。 驗(yàn)證驗(yàn)證 在良導(dǎo)體中，位移電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳導(dǎo)電流，于是麥克在良導(dǎo)體中，位移電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳導(dǎo)電流

13、，于是麥克斯韋第四方程為斯韋第四方程為 HJc EiH 2EiJ在導(dǎo)電媒質(zhì)中在導(dǎo)電媒質(zhì)中 JE即即2JiJ就是導(dǎo)電媒質(zhì)中電流密度就是導(dǎo)電媒質(zhì)中電流密度 的一般波動(dòng)方程。實(shí)際上，的一般波動(dòng)方程。實(shí)際上，它就是決定導(dǎo)體內(nèi)渦流的方程。它就是決定導(dǎo)體內(nèi)渦流的方程。 J對(duì)對(duì)麥克斯韋第二方程的時(shí)諧形式兩端取旋度：麥克斯韋第二方程的時(shí)諧形式兩端取旋度： EiH 可得可得2()EEiH 代入上式得代入上式得 接下來討論導(dǎo)電介質(zhì)中接下來討論導(dǎo)電介質(zhì)中 的分布情況的分布情況J假設(shè)導(dǎo)體在假設(shè)導(dǎo)體在x x方向的長(zhǎng)度為方向的長(zhǎng)度為 l總電流總電流 在在 z z 方向以電流方向以電流密度密度 的形式分布。的形式分布。 I

14、J在 處， ；在 處， （介質(zhì)區(qū)）。 0y 0JJ0y 0J 為了維持導(dǎo)體內(nèi)的有限電流為了維持導(dǎo)體內(nèi)的有限電流 ， 時(shí)，時(shí)， 。電流。電流密度密度 必須只是必須只是 y y 的函數(shù)，因?yàn)樗诘暮瘮?shù)，因?yàn)樗?x x 方向均勻分布。方向均勻分布。 Iy 0J J上式可寫成上式可寫成 2( )( )zzJyiJy即即22zzJiJy( )iyiyzJyAeBe方程的通解為方程的通解為導(dǎo)體內(nèi)的電流分布為導(dǎo)體內(nèi)的電流分布為 00( )iyyiyizJyJ eJ eee表明衰減系數(shù)表明衰減系數(shù) 與頻率與頻率 的平方根成正比，這樣它的平方根成正比，這樣它將隨著頻率的增加而增加。將隨著頻率的增加而增加。 式

15、中式中2( )()iyyiyzIieIEyieell導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度為導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度為 導(dǎo)體內(nèi)的總電流為導(dǎo)體內(nèi)的總電流為 00000liylJlJIJ edydxii 定義定義在在z z方向每單位長(zhǎng)度的內(nèi)阻抗為方向每單位長(zhǎng)度的內(nèi)阻抗為 處的電場(chǎng)與電處的電場(chǎng)與電流之比。流之比。0y 從這個(gè)定義看，內(nèi)阻抗其實(shí)又可稱為表面阻抗。從這個(gè)定義看，內(nèi)阻抗其實(shí)又可稱為表面阻抗。 即即(0)1()ziEZilI或或11iZill 11iZill 12121Ril 1Lil 式中的式中的 定義過的趨膚深度。這里，再一次驗(yàn)證了定義過的趨膚深度。這里，再一次驗(yàn)證了 內(nèi)阻抗包括一個(gè)內(nèi)電阻和一個(gè)內(nèi)電感，即內(nèi)阻抗包括一

16、個(gè)內(nèi)電阻和一個(gè)內(nèi)電感，即 11iZill 8.3 8.3 導(dǎo)電介質(zhì)中的電磁波導(dǎo)電介質(zhì)中的電磁波1 1、導(dǎo)電介質(zhì)中波的傳播特性、導(dǎo)電介質(zhì)中波的傳播特性 根據(jù)第根據(jù)第7 7章中的內(nèi)容，且假定電磁波仍然沿著章中的內(nèi)容，且假定電磁波仍然沿著z z軸傳播軸傳播則則0cos()zxEE etz0cos()zyEHetz1ieki其中其中電磁波的瞬時(shí)坡印廷矢量為電磁波的瞬時(shí)坡印廷矢量為 220() ()cos()cos()xxyyzzSe Ee HEeetztz平均坡印廷矢量為平均坡印廷矢量為*2011Re () ()cos22zavxxyyzSe Ee HeE e電場(chǎng)能量密度為電場(chǎng)能量密度為22201co

17、s ()2zewE etz磁場(chǎng)能量密度為磁場(chǎng)能量密度為 222021cos ()2zmEwetz由上述各式可知導(dǎo)電介質(zhì)中的平面電磁波具有如下特點(diǎn)：由上述各式可知導(dǎo)電介質(zhì)中的平面電磁波具有如下特點(diǎn)： （1 1）導(dǎo)電媒質(zhì)內(nèi)的平面電磁波在電場(chǎng)方向、磁場(chǎng)方向與）導(dǎo)電媒質(zhì)內(nèi)的平面電磁波在電場(chǎng)方向、磁場(chǎng)方向與傳播方向上的對(duì)應(yīng)關(guān)系與理想電介質(zhì)中的電磁波相同，仍然傳播方向上的對(duì)應(yīng)關(guān)系與理想電介質(zhì)中的電磁波相同，仍然是平面電磁波。是平面電磁波。 （2 2）沿著電磁波的傳播方向，例如）沿著電磁波的傳播方向，例如z z方向，電場(chǎng)和磁場(chǎng)的方向，電場(chǎng)和磁場(chǎng)的幅值隨幅值隨z z的增加按指數(shù)的增加按指數(shù) 衰減。衰減。ze/

18、12avavdSdzS （3 3） 的物理意義為平均能流密度對(duì)距離的相對(duì)減少率的物理意義為平均能流密度對(duì)距離的相對(duì)減少率 的的1/21/2。 （4 4）磁場(chǎng)在相位上比對(duì)應(yīng)的電場(chǎng)有一個(gè)滯后角）磁場(chǎng)在相位上比對(duì)應(yīng)的電場(chǎng)有一個(gè)滯后角隨著媒質(zhì)電導(dǎo)率的增大而增大，最大可達(dá)隨著媒質(zhì)電導(dǎo)率的增大而增大，最大可達(dá) /42121 ()1v （6 6）從上面式子可知，導(dǎo)電媒質(zhì)中電場(chǎng)能量密度和）從上面式子可知，導(dǎo)電媒質(zhì)中電場(chǎng)能量密度和磁場(chǎng)能量密度是不等的。磁場(chǎng)能量密度是不等的。 （5 5）由第）由第7 7章的分析可知，導(dǎo)電媒質(zhì)中電磁波的相速由章的分析可知，導(dǎo)電媒質(zhì)中電磁波的相速由相位系數(shù)和角頻率共同決定，如相位系數(shù)

19、和角頻率共同決定，如 表明：電磁波傳播的相速與頻率有關(guān)，故導(dǎo)電媒質(zhì)是色散媒質(zhì)。表明：電磁波傳播的相速與頻率有關(guān)，故導(dǎo)電媒質(zhì)是色散媒質(zhì)。 e avm avww 2 2、良導(dǎo)體中的均勻平面電磁波、良導(dǎo)體中的均勻平面電磁波導(dǎo)電媒質(zhì)中平面電磁波的性質(zhì)主要由參數(shù)導(dǎo)電媒質(zhì)中平面電磁波的性質(zhì)主要由參數(shù) 決定決定 和、令令xdxxcxEJQEJ100Q 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，媒質(zhì)中的位移電流密度遠(yuǎn)大于傳導(dǎo)電流時(shí)，媒質(zhì)中的位移電流密度遠(yuǎn)大于傳導(dǎo)電流密度，媒質(zhì)特性與理想電介質(zhì)比較接近，電磁波的衰減密度，媒質(zhì)特性與理想電介質(zhì)比較接近，電磁波的衰減損耗較弱，這樣的媒質(zhì)稱為低損耗媒質(zhì)損耗較弱，這樣的媒質(zhì)稱為低損耗媒質(zhì) 22Q有有2

20、11 ()12Q 它表明了介質(zhì)的導(dǎo)它表明了介質(zhì)的導(dǎo)電性與介質(zhì)性的比電性與介質(zhì)性的比例關(guān)系例關(guān)系根據(jù)以上參數(shù)，可以更進(jìn)一步得知低損耗媒質(zhì)中的平面波根據(jù)以上參數(shù)，可以更進(jìn)一步得知低損耗媒質(zhì)中的平面波具有如下性質(zhì)具有如下性質(zhì) ： （1 1）電導(dǎo)率）電導(dǎo)率 對(duì)相位常數(shù)的影響可以忽略，對(duì)相位常數(shù)的影響可以忽略， 的表達(dá)的表達(dá)式與理想電介質(zhì)的相同。式與理想電介質(zhì)的相同。 （2 2）衰減常數(shù)）衰減常數(shù) 比較小，因?yàn)殡姶挪ǚ鹊乃p緩慢。比較小，因?yàn)殡姶挪ǚ鹊乃p緩慢。（3 3）電場(chǎng)與磁場(chǎng)幾乎同相位，與理想介質(zhì)中的情況近似。）電場(chǎng)與磁場(chǎng)幾乎同相位，與理想介質(zhì)中的情況近似。1v /11kiQ 111arcta

21、narctan022Q當(dāng)當(dāng) 時(shí)，媒質(zhì)中的傳導(dǎo)電流密度遠(yuǎn)大于位移電流密時(shí)，媒質(zhì)中的傳導(dǎo)電流密度遠(yuǎn)大于位移電流密度。由于焦耳損耗很大，電磁波的幅度衰減非?？?。度。由于焦耳損耗很大，電磁波的幅度衰減非?？臁?0.1Q 此時(shí)的各項(xiàng)參數(shù)為：此時(shí)的各項(xiàng)參數(shù)為：211111()1222QQ 21111 ()122QQ 21/v/4/(1)211iQieikiQ 在頻率較高的頻段內(nèi)，電磁波具有如下特點(diǎn)在頻率較高的頻段內(nèi)，電磁波具有如下特點(diǎn): : （1 1）很小的）很小的 值使良導(dǎo)體內(nèi)電磁波的傳播速度值使良導(dǎo)體內(nèi)電磁波的傳播速度 遠(yuǎn)小于遠(yuǎn)小于真空中的電磁波速度真空中的電磁波速度 ，并且速度與速率有關(guān)。，并且速度

22、與速率有關(guān)。 vc（2 2）很大的很大的衰減常數(shù)衰減常數(shù) 值使得電場(chǎng)和磁場(chǎng)的幅度衰減很值使得電場(chǎng)和磁場(chǎng)的幅度衰減很快。由幅度衰減因子快。由幅度衰減因子 可知，電磁波每前進(jìn)一個(gè)趨膚深可知，電磁波每前進(jìn)一個(gè)趨膚深度的距離，場(chǎng)幅度就要減小度的距離，場(chǎng)幅度就要減小63%63%左右；若前進(jìn)左右；若前進(jìn) 的距離，的距離，場(chǎng)幅度大約下降到原來的場(chǎng)幅度大約下降到原來的1/5001/500。由于良導(dǎo)體的。由于良導(dǎo)體的趨膚深度趨膚深度只只有毫米甚至微米數(shù)量級(jí)，因此當(dāng)電磁波進(jìn)入良導(dǎo)體后，將有毫米甚至微米數(shù)量級(jí)，因此當(dāng)電磁波進(jìn)入良導(dǎo)體后，將主要趨附于導(dǎo)體的表層上。主要趨附于導(dǎo)體的表層上。 ze6 （5 5）盡管良導(dǎo)體

23、中的電場(chǎng)相對(duì)較小，但由于導(dǎo)體的電導(dǎo)率）盡管良導(dǎo)體中的電場(chǎng)相對(duì)較小，但由于導(dǎo)體的電導(dǎo)率很大，所以也會(huì)產(chǎn)生很大的傳導(dǎo)電流，其傳導(dǎo)電流密度的復(fù)很大，所以也會(huì)產(chǎn)生很大的傳導(dǎo)電流，其傳導(dǎo)電流密度的復(fù)振幅為振幅為 （3 3）由于波阻抗）由于波阻抗 的相角的相角 ，表明磁場(chǎng)比，表明磁場(chǎng)比對(duì)應(yīng)電場(chǎng)的相位滯后約對(duì)應(yīng)電場(chǎng)的相位滯后約 。因此，在同一場(chǎng)點(diǎn)上，電。因此，在同一場(chǎng)點(diǎn)上，電場(chǎng)達(dá)到最大值的場(chǎng)達(dá)到最大值的1/81/8周期后，磁場(chǎng)才達(dá)到最大值。周期后，磁場(chǎng)才達(dá)到最大值。 /4/ 4 （4 4）由于波阻抗）由于波阻抗 很小，因此，在良導(dǎo)體中，磁場(chǎng)占有很小，因此，在良導(dǎo)體中，磁場(chǎng)占有主要地位，磁場(chǎng)能量遠(yuǎn)大于電場(chǎng)能量

24、。主要地位，磁場(chǎng)能量遠(yuǎn)大于電場(chǎng)能量。 0( )( )zi zxxJzEzE ee表明：導(dǎo)體內(nèi)的傳導(dǎo)電流也像電場(chǎng)和磁場(chǎng)一樣，幅度很快衰減，表明：導(dǎo)體內(nèi)的傳導(dǎo)電流也像電場(chǎng)和磁場(chǎng)一樣，幅度很快衰減，從而形成主要集中在導(dǎo)體表層內(nèi)側(cè)一個(gè)很薄的區(qū)域內(nèi)的趨膚現(xiàn)從而形成主要集中在導(dǎo)體表層內(nèi)側(cè)一個(gè)很薄的區(qū)域內(nèi)的趨膚現(xiàn)象，并且頻率越高，區(qū)域越薄，趨膚效應(yīng)越強(qiáng)烈。象，并且頻率越高，區(qū)域越薄，趨膚效應(yīng)越強(qiáng)烈。 *1Re( )( )2avSE zHz220122zzeH e（6 6）良導(dǎo)體中的平均功率流密度為）良導(dǎo)體中的平均功率流密度為 傳導(dǎo)電流的趨膚現(xiàn)象傳導(dǎo)電流的趨膚現(xiàn)象 這種主體集中在導(dǎo)體表層的體電流對(duì)場(chǎng)的作用與一

25、個(gè)導(dǎo)體面上這種主體集中在導(dǎo)體表層的體電流對(duì)場(chǎng)的作用與一個(gè)導(dǎo)體面上的理想面電流近似，為此，可將它的理想面電流近似，為此，可將它“壓縮壓縮”到導(dǎo)體表面上，等到導(dǎo)體表面上，等效成一個(gè)表面電流密度效成一個(gè)表面電流密度 ，這可以使工程上的近似計(jì)算大，這可以使工程上的近似計(jì)算大為簡(jiǎn)化。為簡(jiǎn)化。 SxJ8.4 8.4 等離子體對(duì)波的反射等離子體對(duì)波的反射等離子體等離子體 是除氣體、液體和固體以外的第四種物態(tài)，它是由電子、是除氣體、液體和固體以外的第四種物態(tài)，它是由電子、負(fù)離子、正離子和未電離的中性分子組成的混合體。負(fù)離子、正離子和未電離的中性分子組成的混合體。等離子體的電特性等離子體的電特性 1 1、等離子

26、體中總的正負(fù)電量相等，因此對(duì)外呈現(xiàn)中性。、等離子體中總的正負(fù)電量相等，因此對(duì)外呈現(xiàn)中性。2 2、與導(dǎo)體相比，其電子濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于導(dǎo)體中自由電子的濃度。、與導(dǎo)體相比，其電子濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于導(dǎo)體中自由電子的濃度。 3 3、在外場(chǎng)作用下，等離子體中電子和離子作定向運(yùn)動(dòng)形成、在外場(chǎng)作用下，等離子體中電子和離子作定向運(yùn)動(dòng)形成 運(yùn)流電流運(yùn)流電流 4 4、對(duì)于頻率很高的外加電磁場(chǎng)運(yùn)流電流僅由電子運(yùn)動(dòng)所引起，、對(duì)于頻率很高的外加電磁場(chǎng)運(yùn)流電流僅由電子運(yùn)動(dòng)所引起， 即等離子體的電特性將主要取決于自由電子的運(yùn)動(dòng)。即等離子體的電特性將主要取決于自由電子的運(yùn)動(dòng)。 可以從折射系數(shù)的實(shí)部和斯耐爾定律中得出?？梢詮恼凵湎禂?shù)的實(shí)部

27、和斯耐爾定律中得出。信號(hào)被電離層反射必須具備的條件信號(hào)被電離層反射必須具備的條件 電離層內(nèi)不同位置處的電離程電離層內(nèi)不同位置處的電離程度不同，即電荷的數(shù)目度不同，即電荷的數(shù)目N N不同，則不同，則 的值也將隨著位置的變化而不的值也將隨著位置的變化而不同。在這種情況下，反射波將隨著同。在這種情況下，反射波將隨著入射波方向的逐漸變化而改變，直入射波方向的逐漸變化而改變，直到從電離層射出后為止到從電離層射出后為止 。如圖所。如圖所示，在每一個(gè)發(fā)生偏轉(zhuǎn)的位置上，示，在每一個(gè)發(fā)生偏轉(zhuǎn)的位置上，其其 的值與入射角的值與入射角 及轉(zhuǎn)換角及轉(zhuǎn)換角 都服從斯耐爾定律都服從斯耐爾定律rnrnititrnsinsi

28、n sinrin0sin1,90tt如果如果即當(dāng)即當(dāng) 因此，當(dāng)因此，當(dāng) 由于由于N N的增大而減小時(shí)，的增大而減小時(shí)， 即即 一定會(huì)增大。這樣一定會(huì)增大。這樣, ,我們就可以得出波的反射條件：我們就可以得出波的反射條件： rnsintt2201siniNqm 201cosiNqm這時(shí)，波就會(huì)反射。這時(shí)，波就會(huì)反射。 當(dāng)法向入射角當(dāng)法向入射角 ，即，即 時(shí)時(shí)0icos1i02mNq 可得可得 法向入射波會(huì)發(fā)生反射的最大頻率法向入射波會(huì)發(fā)生反射的最大頻率( (臨界頻率臨界頻率 ) ) cf0221mNqfc1 1高頻電磁波能穿透金屬，而低頻電磁波在金屬中則會(huì)被大高頻電磁波能穿透金屬，而低頻電磁波在金屬中則會(huì)被大大衰減。大衰減。 2 2在低頻范圍內(nèi)，即在低頻范圍內(nèi)，即 時(shí)，電磁波的穿透深度時(shí)，電磁波的穿透深度為為 2/fNqm202 c3 3隨著電流頻率的升高，導(dǎo)體上所流過的電流將越來越集中隨著電流頻率的升高，導(dǎo)體上所流過的電流將越來越集中于導(dǎo)體的表面附近，導(dǎo)體內(nèi)部的電流卻越來越小，這種現(xiàn)象于導(dǎo)體的表面附近，導(dǎo)體內(nèi)部的電流卻越來越小，這種現(xiàn)象