导电介质内传播电磁波特性研究[1]

《导电介质内传播电磁波特性研究[1]》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、导电介质内传播电磁波特性研究[1]第18卷第1期湖南文理学院学报（自然科学版）Vol.18No.12006年3月JournalofHunanUniversityofArtsandScience(NaturalScienceEdition)Mar.2006文章编号：1672.6146(2006)01.0019.04导电介质内传播电磁波特性研究文盛乐1,李泽军2,杨江河2(1.湖南师范大学物理与信息科学学院,湖南长沙410081;2.湖南文理学院物理与电子科学系,湖南常德415000)摘要:论述了电磁波在导电介质内的传播方向、与电场有关

2、的能量、穿透深度以及良导体内电磁波的相速等问题,讨论了电磁波在导电介质中传播时,σc/ωε对导电介质电性能的影响.对于良导体和不良导体,分别给出了电磁波穿透深度的计算方法.研究结果对如何根据电磁波的频率来处理导电介质的电性能问题具有一定的理论研究和实际应用意义.关键词:导电介质;电磁波;传播;频率中图分类号:O441文献标示码:A文献[1]讨论了良导体中传播的电磁波的一些特征,给出了良导体情况电场与磁场的关系(方向、大小及位相等),不过是在假设了复波矢k′′=β+iβ//α(β=βnα=α，α中，nn为波传播和衰减共同方向的单位矢量

3、)而得出.然而,这个假设β//α在一般情况下对良导体是否总成立还有待证明.同时,在非良导体情况,其电磁波传播的特点又是怎样的呢？本文对此将做详细讨论,得出了电磁波在导电介质中传播的其它一系列重要性质.1导电介质内电磁波传播的方向及穿透深度问题一般地,导电介质中传播的电磁波应来自导体外的波源,波源产生电磁波后经空间(真空或绝缘介质)传到导电介质表面.仍以平面电磁波为例(因任意周期波都可作平面波分解),它在真空或绝缘介质中传播时的波矢量k为实量.沿用文献[1]的坐标系及相关参量,设导电介质的电导率为σc,介电常数为ε,磁导率为μ,复波矢

4、为k′′=β+iα,z=0平面为导电介质的表面且z轴正向指向其内部；电磁波的角频率为ω,y=0平面为入射面.利用电磁场的边值关系,不难得到：kx′′=βx+iαx=kx,k′′y=βy+iαy=ky=0,(1)于是有：β=α=0，α=0，βyαkk′′.′′αβx2+βz2.α=αzez说明,yxx=αe，β=βezzxx=22.β.α+i2βα22+i2βα=ωμεzzz=′′kk=，.xx.+βe；zz.22.(2)=βx+βz...σc(1+iωε)；..22.αz=ωμε，.=ωμσc/2.βα.进入到导电介质内的电磁波,总

5、是沿导电介质表面的内法线方向衰减的.则有：11σc2βωμε[(1(+)+1)]2=2ωε1σ21αωμε[(1(+c).1)]2=2ωεσc1)当ωε..1时,222σc=如果β//α,....(3)....+i2.ωμε+i)≈iωμσc,(4)β.αβα(ω即有2z22，zz12βx+β.αz≈0βα=ωμσc=12σc12ωμε.k;(5)2ωε222222而kkkk+=β,所以,=>xzxxβzαz.βx2(6)要使βzαz.βx2与βx2+βz2≈αz2同时成立,则必须有:βz.βx,(7)因此,自良导体外入射于良导体表

6、面的电磁波,不论入射角为何值,透入到良导体内的电磁波总是沿良导体内法线n方向衰减且紧靠内法线n方向传播.于是得到：β≈βe，β≈α=αn，zz..,(8)ωμσ2.βα≈≈c;=δ.2ωμσc.20湖南文理学院学报（自然科学版）2006年其中δ为穿透深度.2)当ωσε时,因c..1σc)2222β.α+i2.=ωμ(1,(9)βαε+i≈ωμεωε则有：222ε，βα.(10)β.α≈ωμ.≈0对于β·α≈0,因α=αzez,这又要分几种情况讨论：ⅰ)若αz≈0,βz≠0,则β≈ωμε,导电介质过渡到绝缘介质；ⅱ)若αz≠0,βz≈

7、0,说明波沿导电介质的表面法向衰减而靠近表面方向传播;这时,22222β.α≈ωμ,=≈β.ωμ=εααεxzzx(11)22ε.k.ωμ=ωμεsinθμε,β=k,x11xx式中μ1和ε1为导电介质外的绝缘介质的介质常数,θ为入射角.这种情况仅当ε1sinθ>ε时才可能发生(ε1sinθε≤时,αz=0或为虚量,已不再是衰减常数了).此时穿透深度1111δ=≈=.(12)αx22εωμεθμk.ωμ11sin.εⅲ)若电磁波为正入射,即此时有β//α//n,则(3)式仍真,于是,ααε11σc212.=z=ωμ{[1+()+L.

8、1]}≈.22ωε.1σ1σμ.c2cωμε[()]2=；.(13)4ωε2ε..11σc212.ββz=ωμε{[1+()+L+1]}≈.=22ωε.1σc2.ωμε[1+()]..8ωε.12ε穿透深度:δ=α≈σμ(14)c它与