电磁波第五章

1、EHz波传播方向波传播方向 均匀平面波均匀平面波波阵面波阵面xyo 均匀平面波的概念均匀平面波的概念 波阵面波阵面：空间相位相同的点构成的曲面，即等相位面：空间相位相同的点构成的曲面，即等相位面 平面波平面波：等相位面为无限大平面的电磁波：等相位面为无限大平面的电磁波 均匀平面波均匀平面波：等相位面上电场和磁场的方向、振幅都保持不变：等相位面上电场和磁场的方向、振幅都保持不变 的平面波的平面波 均匀平面波是电磁波的一种理想均匀平面波是电磁波的一种理想 情况，其分析方法简单，但又表情况，其分析方法简单，但又表 征了电磁波的重要特性。征了电磁波的重要特性。5.1 理想介质中的均匀平理想介质中的均匀

2、平面波面波5.1.1 一维一维波动方程的均匀平面波解波动方程的均匀平面波解5.1.2 理想介质中均匀平面波的传播特点理想介质中均匀平面波的传播特点5.1.3 沿任意方向传播的均匀平面波沿任意方向传播的均匀平面波0yxzEEEExyz由于由于5.1.1 一维一维波动方程的均匀平面波解波动方程的均匀平面波解 设在无限大的无源空间中，充满线性、各向同性的均匀理想设在无限大的无源空间中，充满线性、各向同性的均匀理想介质。均匀平面波沿介质。均匀平面波沿 z 轴传播，则电场强度和磁场强度均不是轴传播，则电场强度和磁场强度均不是 x和和 y 的函数，即的函数，即0 ,0EEHHxyxy00zzEHzz00z

3、zEH2220zzEk Ez 结论结论：均匀平面波的电场强度和磁场强度都垂直于波的传播均匀平面波的电场强度和磁场强度都垂直于波的传播 方向方向 横电磁波（横电磁波（TEM波）波）0)(d)(d222zEkzzExxkjj12( )eekzkzxEzAA通解为：通解为：222d( )( )0dyyEzk Ezz222d( )( )0dxxHzk Hzz222d( )( )0dyyHzk Hzz瞬时表达式：瞬时表达式：( , )Re( )jwtxxEz tEz e1122cos()cos()mmEwtkzEwtkz1. 均匀平面波的传播参数均匀平面波的传播参数周期周期T ：时间相位变化：时间相位变

4、化 2的的时间间隔，即时间间隔，即（1）角频率、频率和周期）角频率、频率和周期角频率角频率 ：表示单位时间内的相：表示单位时间内的相位变化，单位为位变化，单位为rad /s 频率频率 f ：1(Hz)2fT t T o xE 的曲线的曲线m(0, )cosxEtEt2(s)T2T5.1.2 理想介质中均匀平面波的传播特点理想介质中均匀平面波的传播特点( )xjjkzxxmEzE ee( , )cos()xxmEz tEwt( , )cos()xxmxEz tEwtkz（2）波长和相位常数）波长和相位常数k 的大小等于空间距离的大小等于空间距离2内所包含内所包含的波长数目，因此也称为的波长数目，

5、因此也称为波数波数。2(rad/m)k波长波长 ：空间相位差为空间相位差为2 的两个波阵面的间距，即的两个波阵面的间距，即相位常数相位常数 k ：表示波传播单位距离的相位变化表示波传播单位距离的相位变化 o xE z的曲线的曲线m( ,0)cosxEzEkz21(m)kf2k( , )cos()xxmEz tEkz（3）相速（波速）相速（波速）) sm(1ddktzv真空中真空中：87900113 10 (m/s)14 101036vc Ckzt由由相速相速v：电磁波的等相位面在空间电磁波的等相位面在空间 中的移动速度中的移动速度相速只与媒质参数相速只与媒质参数有关，而与电磁波有关，而与电磁波

6、的频率无关的频率无关故故得到得到均匀平面波的相速为均匀平面波的相速为dd0tk z1HEjw jEH 由由 ，可得，可得 ( )xyEH其中其中 称为媒质的称为媒质的本征阻抗本征阻抗。在真空中。在真空中377120000 相伴的磁场相伴的磁场01cos()yxHeEwtkz1xyEejwz ()xj kzyxmkeEew()xj kzyxmeE e()1xj kzyxmeE e2、能量密度与能流密度、能量密度与能流密度*2*avm111ReRe()222zzSEHEeEeE221122EHEeHz1由于由于，于是有于是有22emwwwEH故故电场能量与磁场能量相同电场能量与磁场能量相同211(

7、)zzSEHEeEeE3、理想介质中的均匀平面波的传播特点、理想介质中的均匀平面波的传播特点xyzEHO理想介质中均匀平面波的理想介质中均匀平面波的 和和EH 电场、磁场与传播方向之间相互垂直电场、磁场与传播方向之间相互垂直,是横电磁波（是横电磁波（TEM波）。波）。电场与磁场的振幅不变。电场与磁场的振幅不变。 波阻抗为实数，电场与磁场同相位。波阻抗为实数，电场与磁场同相位。 电磁波的相速与频率无关。电磁波的相速与频率无关。 电场能量密度等于磁场能量密度。电场能量密度等于磁场能量密度。 例例5.1.3 频率为频率为100Mz的均匀电磁波，在一无耗媒质中沿的均匀电磁波，在一无耗媒质中沿 +z 方

8、方向传播，其电场向传播，其电场 。已知该媒质的相对介电常数。已知该媒质的相对介电常数r = 4、相对、相对磁导率磁导率r =1 ，且当，且当t = 0、z =1/8 m 时，电场幅值为时，电场幅值为104 V/m 。 试试求电场强度和磁场强度的瞬时表示式。求电场强度和磁场强度的瞬时表示式。xxEEe 解：解：设电场强度的瞬时表示式为设电场强度的瞬时表示式为4( , )10cos()xxxz tEtkzEee822 10rad/sf8rr82 1044 rad/m3 103kc 对于余弦函数，当相角为零时达振幅值。考虑条件对于余弦函数，当相角为零时达振幅值。考虑条件t = 0、z =1/8 m

9、时，电场达到幅值，得时，电场达到幅值，得式中式中41386kz484( , )10cos(2 10)36xE z tetz484110cos2 10()V/m38xetz11zyxHeEeE0r60481041( , )cos2 10()A/m6038yH z tetz所以所以磁场强度的瞬时表示式为磁场强度的瞬时表示式为式中式中因此因此jjmm( )eezke rkzE zEE 沿沿+z 方向传播的均匀平面波方向传播的均匀平面波5.1.3 沿任意方向传播的均匀平面波沿任意方向传播的均匀平面波m0zeE)(1)(zEezHznjm( )ekerE rEnm0eEn1( )( )H reE r沿沿

10、 传播方向的均匀平面波传播方向的均匀平面波 nenxxyyzzke ke ke ke kkekz沿任意方向传播的均匀平面波沿任意方向传播的均匀平面波 波传播方向波传播方向 z y x o rne等相位等相位 面面 P(x,y,z)yzxo沿沿z方向传播的均匀平面波方向传播的均匀平面波P(x,y,z)波传播方向波传播方向r等相位等相位 面面 5.2 电磁波的极化电磁波的极化5.2.1 极化的概念极化的概念 5.2.2 线极化波线极化波5.2.3 圆极化波圆极化波5.2.4 椭圆极化波椭圆极化波5.2.5 极化波的分解极化波的分解5.2.6 极化波的工程应用极化波的工程应用5.2.1 极化的概念极

11、化的概念 波的极化表征在空间给定点上电场强度矢量的取向随时间变波的极化表征在空间给定点上电场强度矢量的取向随时间变 化的特性化的特性, 是电磁理论中的一个重要概念。是电磁理论中的一个重要概念。 在电磁波传播空间给定点处，电场强度矢量的端点随时间在电磁波传播空间给定点处，电场强度矢量的端点随时间变化的轨迹。变化的轨迹。 波的极化波的极化mcos() ,xxxEEtkzmcos()yyyEEtkz 一般情况下，沿一般情况下，沿+ +z 方向传播的均匀平面波方向传播的均匀平面波 ，其中其中 yyxxEeEeE 电磁波的极化状态取决于电磁波的极化状态取决于Ex 和和Ey 的振幅之间和相位之间的关的振幅

12、之间和相位之间的关系，分为：系，分为：线极化、圆极化、椭圆极化线极化、圆极化、椭圆极化。 极化的三种形式极化的三种形式 线极化线极化：电场强度矢量的端点轨迹为一直线段电场强度矢量的端点轨迹为一直线段 圆极化圆极化：电场强度矢量的端点轨迹为一个圆电场强度矢量的端点轨迹为一个圆 椭圆极化椭圆极化：电场强度矢量的端点轨迹为一个椭圆：电场强度矢量的端点轨迹为一个椭圆5.2.2 线极化波线极化波2222mm(0, )(0, )cos()xyxyxEEtEtEEtmmarctan()arctan()yyxxEEEE 随时间变化随时间变化0yx 条件条件： 或或 合成波电场的模合成波电场的模 合成波电场与合

13、成波电场与+ x 轴的夹角轴的夹角 特点特点：合成波电场的大小随时间变化但其矢：合成波电场的大小随时间变化但其矢 端，轨端，轨 迹与迹与x 轴的夹角始终保持不变。轴的夹角始终保持不变。 结论结论：任何两个同频率、同传播方向且极化方向互相垂直的任何两个同频率、同传播方向且极化方向互相垂直的 线极化波，当它们的相位相同或相差为线极化波，当它们的相位相同或相差为时，其合时，其合 成波为线极化波。成波为线极化波。常数常数m(0, )cos()xxEtEtm(0, )cos()sin()2yxmxEtEtEt arctan tan()()xxtt 5.2.3 圆极化波圆极化波则则mmm/ 2xyyxEE

14、E 、 条件条件：22m(0, )(0, )xyEEtEtE 合成波电场的模合成波电场的模常数常数 合成波电场与合成波电场与+ x 轴的夹角轴的夹角随时间变化随时间变化 特点特点：合成波电场的大小不随时间改变，但方向却随时间变合成波电场的大小不随时间改变，但方向却随时间变 化，电场的矢端在一个圆上并以角速度化，电场的矢端在一个圆上并以角速度 旋转旋转。 结论结论：任何两个同频率、同传播方向且极化方向互相垂直的：任何两个同频率、同传播方向且极化方向互相垂直的 线极化波，线极化波，当它们的振幅相同、相位差为当它们的振幅相同、相位差为/ 2 时，时， 其合成波为圆极化波。其合成波为圆极化波。右旋圆极

15、化波右旋圆极化波oExyxE Ey 左旋圆极化波左旋圆极化波oxEyxEyE 右旋圆极化波右旋圆极化波：若若yx/2，则电场矢端的旋转方向，则电场矢端的旋转方向 与电磁波传播方向成右手螺旋关系，称为右旋圆极化波与电磁波传播方向成右手螺旋关系，称为右旋圆极化波 左旋圆极化波左旋圆极化波：若若yx/2，则电场矢端的旋转方向，则电场矢端的旋转方向 电磁波传播方向成左手螺旋关系，称为左旋圆极化波电磁波传播方向成左手螺旋关系，称为左旋圆极化波其它情况下，令其它情况下，令yx，由由m(0, )cos()xxxEtEtm(0, )cos()yyxEtEt22222mmmm2cossinyxyxxyxyEE

16、EEEEEE5.2.4 椭圆极化波椭圆极化波可得到可得到 特点特点：合成波电场的大合成波电场的大 小小和方向都随时间和方向都随时间 改变，其端点在一改变，其端点在一 个椭圆上旋转。个椭圆上旋转。 例例5.2.1 说明下列均匀平面波的极化方式。说明下列均匀平面波的极化方式。jjmmejekzkzxyEe Ee E( 2 )mmsin()cos()44xyEe Etkze Etkz( 3 ) mmsin()2cos()xyEe EtkzeEtkz( 4 ) 解：解：（1） （2） （3） （4）mm,xyEE0,22xy mm,xyEE0,22xy 、mm,xyEE0,22xy 、,044xy 、

17、左旋圆极化波左旋圆极化波右旋圆极化波右旋圆极化波线极化波线极化波椭圆极化波椭圆极化波( 1 )mmcos()sin()xyEe Etkze Etkz5.3 导电媒质中的均匀平面波导电媒质中的均匀平面波 导电媒质的典型特征是电导率导电媒质的典型特征是电导率 0。 电磁波在导电媒质中传播时，有传导电流电磁波在导电媒质中传播时，有传导电流 J = E 存在，同时存在，同时 伴随着电磁能量的损耗。伴随着电磁能量的损耗。 电磁波的传播特性与非导电媒质中的传播特性有所不同。电磁波的传播特性与非导电媒质中的传播特性有所不同。5.3.1 导电媒质中的均匀平面波导电媒质中的均匀平面波 5.3.2 弱导电媒质中的

18、均匀平面波弱导电媒质中的均匀平面波 5.3.3 良导体中的均匀平面波良导体中的均匀平面波 讨论内容讨论内容 沿沿 z 轴传播的均匀平面波解为轴传播的均匀平面波解为cjm( )( )ek zxxxxE ze ze 22c0Ek Ecc()k 5.3.1 导电媒质中的均匀平面波导电媒质中的均匀平面波 波动方程波动方程()ccHEjEjjEjEj jmm( )eeezzzxxxxE ze e 称为电磁波的称为电磁波的传播常数传播常数，单位，单位：1/mjez是是相位因子相位因子， 称为称为相位常数相位常数，单位：单位：rad/m（弧度（弧度/米）米）m( , )ecos()zxxE z te Etz

19、瞬时值形式瞬时值形式振幅有衰减振幅有衰减是是衰减因子衰减因子， 称为称为衰减常数衰减常数，单位：单位：Np/m（奈培（奈培/米）米）ze令令cjjk，则均匀平面波解为则均匀平面波解为jmcc11( )( )eezzjzyxH zeE zeejccce本征阻抗本征阻抗 相伴的磁场相伴的磁场本征阻抗为复数本征阻抗为复数磁场滞后于电场磁场滞后于电场jEH mmc1eezzcyxyxHee 21()1221()1,2211()12v相速不仅与媒质参数相速不仅与媒质参数有关，而且与电磁波有关，而且与电磁波的频率有关的频率有关 传播参数传播参数 不同频率的电磁波的相速是不同的，这种现象称为不同频率的电磁波

20、的相速是不同的，这种现象称为色散色散，相应的媒质称为相应的媒质称为色散媒质色散媒质，故导电媒质是色散媒质。，故导电媒质是色散媒质。*22avmc11Re ( )( )ecos22zzxSE zHzeE能量密度和平均坡印廷矢量能量密度和平均坡印廷矢量*221Re.44axecxmwE EEe 2*221/22221Re.4414axxmmcaxxmEwH HeEe 导电媒质中均匀平面波的传播特点：导电媒质中均匀平面波的传播特点： 电场强度电场强度 E 、磁场强度、磁场强度 H 与波的传播方向相互垂直，是横与波的传播方向相互垂直，是横 电磁波（电磁波（TEM波）；波）； 媒质的本征阻抗为复数，电场

21、与磁场不同相位，磁场滞后于媒质的本征阻抗为复数，电场与磁场不同相位，磁场滞后于 电场电场 角角； 在波的传播过程中，电场与磁场的振幅呈指数衰减；在波的传播过程中，电场与磁场的振幅呈指数衰减； 波的传播速度（相度）不仅与媒质参数有关，而且与频率有波的传播速度（相度）不仅与媒质参数有关，而且与频率有 关（有色散）关（有色散）。弱导电媒质弱导电媒质：1c(1j)25.3.2 弱导电媒质中的均匀平面波弱导电媒质中的均匀平面波 2 弱导电媒质中均匀平面波的特点弱导电媒质中均匀平面波的特点 相位常数和非导电媒质中的相位常数大致相等；相位常数和非导电媒质中的相位常数大致相等； 衰减小；衰减小； 电场和磁场之

22、间存在较小的相位差。电场和磁场之间存在较小的相位差。(1j)21良导体良导体：5.3.3 良导体中的均匀平面波良导体中的均匀平面波 良导体中的参数良导体中的参数2v相速相速：金、银、铜、铁、铝等金属金、银、铜、铁、铝等金属对于无线电波均是良导体。对于无线电波均是良导体。例如铜例如铜： 181.04 10ff fccj(1j)f本征阻抗本征阻抗良导体中电磁波的良导体中电磁波的磁场强度的相位滞后于电磁强度磁场强度的相位滞后于电磁强度45o。oj452ef趋肤效应：趋肤效应：电磁波的频率越高，衰减系数越大，高频电磁波只能电磁波的频率越高，衰减系数越大，高频电磁波只能 存在于良导体的表面层内，称为趋肤

23、效应。存在于良导体的表面层内，称为趋肤效应。 趋肤深度趋肤深度（ ）：）：电磁波进入良导体后电磁波进入良导体后， 其振幅下降到表面处振幅的其振幅下降到表面处振幅的 1/e 时所传播的距离。即时所传播的距离。即 趋肤深度趋肤深度 mEmeEmmeeEE11f铜：铜：704 10 H/m ,S/m108 . 57m1033.950106 .6Hz5032，fm106 .610106 .6MHz1562，fm106 .61010106 .6GHz10792，f表表5.3.1一些金属材料的趋肤深度和表面电阻一些金属材料的趋肤深度和表面电阻材料名材料名称称电导率电导率 /(S/m)趋肤深度趋肤深度 /m

24、表面电阻表面电阻RS /银银6.17107 紫铜紫铜5.8107 铝铝3.72107 钠钠 2.1107 黄铜黄铜1.6107 锡锡0.87107 石墨石墨0.0110772.52 10f72.61 10f73.26 10f75.01 10f0.064/f0.066/f0.083/f0.11/f0.13/f0.17/f1.6/f 例例5.3.2 在进行电磁测量时，为了防止室内的电子设备受外在进行电磁测量时，为了防止室内的电子设备受外界电磁场的干扰，可采用金属铜板构造屏蔽室，通常取铜板厚度界电磁场的干扰，可采用金属铜板构造屏蔽室，通常取铜板厚度大于大于5就能满足要求。若要求屏蔽的电磁干扰频率范围

25、从就能满足要求。若要求屏蔽的电磁干扰频率范围从10KHz到到100MHZ ，试计算至少需要多厚的铜板才能达到要求。铜的参，试计算至少需要多厚的铜板才能达到要求。铜的参数为数为=0、=0、 = 5.8107 S/m。 解解：对于频率范围的低端：对于频率范围的低端 fL =10kHz ，有，有714495.8 101.04 10112 101036L 710895.8 101.04 10112 101036H 对于频率范围的高端对于频率范围的高端 fH =100MHz ，有，有477110.66 mm 104 105.8 10LLf877116.6m 104 105.8 10HHf53.3mmLd

26、由此可见，在要求的频率范围内均可将铜视为良导体，故由此可见，在要求的频率范围内均可将铜视为良导体，故 为了满足给定的频率范围内的屏蔽要求，故铜板的厚度为了满足给定的频率范围内的屏蔽要求，故铜板的厚度 d至少应为至少应为5.4 色散与群速色散与群速 色散现象色散现象：相速随频率变化相速随频率变化群速群速：载有信息的电磁波通常是由一个高频载波和以载频为中心载有信息的电磁波通常是由一个高频载波和以载频为中心 向两侧扩展的频带所构成的波包，波包包络传播的速度就向两侧扩展的频带所构成的波包，波包包络传播的速度就 是群速。是群速。 单一频率的电磁波不载有任何有用信息，只有由多个频率的单一频率的电磁波不载有

27、任何有用信息，只有由多个频率的 正弦波叠加而成的电磁波才能携带有用信息。正弦波叠加而成的电磁波才能携带有用信息。 电磁波的传播特性与介质参数电磁波的传播特性与介质参数( 、 和和 )有关，当这些参数和有关，当这些参数和 传播常数随频率变化时，不同频率电磁波的传播特性就会有传播常数随频率变化时，不同频率电磁波的传播特性就会有 所不同，这就是色散效应，这种媒质称为色散媒质。所不同，这就是色散效应，这种媒质称为色散媒质。 两个振幅均为两个振幅均为Em、角频率分别为、角频率分别为0 + 和和 0 、相位、相位常数分别为常数分别为 0+ 和和0 的同向行波的同向行波振幅，包络波，以角频率振幅，包络波，以

28、角频率 缓慢变化缓慢变化 不同频率电磁波的叠加不同频率电磁波的叠加行波因子，代表沿行波因子，代表沿z 轴传播的行波轴传播的行波1m00( , )cos()() xE z te Etz 12m00( , )( , )( , )2cos()cos()xE z tEz tEz teEtztz 2m00( , )cos()() xEz te Etz合成波电场合成波电场12m00( , )( , )( , )2cos()cos()xE z tE z tEz teEtztzz载波，速度载波，速度vp包络波，速度包络波，速度vgpgppd1dvvvv 无色散无色散 正常色散正常色散 反常色散反常色散 群速群

29、速vg：包络波的恒定相位点推进速度包络波的恒定相位点推进速度pgd()dddvv由由 相速相速vp：载波的恒定相位点推进速度载波的恒定相位点推进速度pvtzCgdddzvdtzctpgpd0,dvvvpgpd0,dvvvpgpd0,dvvvppddvvpppddddvvvppgpddvvvv 例例5.3.2 载频为载频为 f =100 kHz 的窄频带信号在海水中传播，试的窄频带信号在海水中传播，试求群速。求群速。 解解：海水的参数：海水的参数： = 4 S/m、 r = 81、 r = 1，当，当 f = 100 kHz时，有时，有p022( )631v 由1 ，可视为良导体可视为良导体 1

30、.26 rad/m5p 5 10 m/sv vg vp 反常色散媒质反常色散媒质pdd631 1(631)dd2v得565gpp5 1010 m/s 5 10 m/s631 112vvv ：群速5.5.1 等离子体中的平面波等离子体中的平面波 自然界中等离子体很多，位于地球上空自然界中等离子体很多，位于地球上空 60 2000 km 处的电处的电离层就是这种等离子体。除此之外，还有太阳、流星余迹、火箭离层就是这种等离子体。除此之外，还有太阳、流星余迹、火箭喷出的废气、电弧以及燃烧的火焰等也都是等离子体。喷出的废气、电弧以及燃烧的火焰等也都是等离子体。5.5 均匀平面波在各向异性媒质中的传播均匀

31、平面波在各向异性媒质中的传播 等离子体是电离了的气体，它由大量带负电的电子、带正电等离子体是电离了的气体，它由大量带负电的电子、带正电的离子以及中性粒子组成。的离子以及中性粒子组成。 等离子体的基本特征之一是带负电的电子与带正电的离子具等离子体的基本特征之一是带负电的电子与带正电的离子具有相等的电量，因而等离子体在宏观上仍是电中性的。有相等的电量，因而等离子体在宏观上仍是电中性的。 分析等离子体中电磁波传播的方法是把等离子体等效看成介分析等离子体中电磁波传播的方法是把等离子体等效看成介质。质。首先通过电磁场与等离子体之间相互作用的物理过程，求出首先通过电磁场与等离子体之间相互作用的物理过程，求

32、出电离层的等效的介电常数，然后，再讨论平面波在这种电各向异电离层的等效的介电常数，然后，再讨论平面波在这种电各向异性媒质中的传播特性。性媒质中的传播特性。 当电磁波在等离子体中传播时，等离子体中的电子和离子在当电磁波在等离子体中传播时，等离子体中的电子和离子在电磁场的作用下运动形成电流，这种由带电粒子运动形成的电流电磁场的作用下运动形成电流，这种由带电粒子运动形成的电流称为运流电流，这一运流电流决定等离子体的等效介电常数。称为运流电流，这一运流电流决定等离子体的等效介电常数。 如果有一个较强的外加恒定磁场作用于等离子体使其磁化，如果有一个较强的外加恒定磁场作用于等离子体使其磁化，这时等离子体显

33、示电各向异性的特点，其等效介电常数是一个张这时等离子体显示电各向异性的特点，其等效介电常数是一个张量。量。 设外加的恒定磁场为设外加的恒定磁场为 B0 ，时变磁场为，时变磁场为 B(t) , 若若 B(t) B0 ，仅，仅需考虑恒定磁场需考虑恒定磁场 B0 以及时变电场以及时变电场 E(t) 对于等离子体的作用。对于等离子体的作用。 在恒定磁场在恒定磁场 B0 和时变电场和时变电场 E(t) 的作用下，电子的运动方程的作用下，电子的运动方程为为0d ( ) ( )( )dv tme E tv tBt对于正弦电磁场，上述方程为对于正弦电磁场，上述方程为c2222ccc2222ccj0j000jx

34、xyyzzeevEmmeevEmmevEm电子质量电子质量电子电量电子电量c0eBm为电子回旋频率为电子回旋频率cjxxyevEvm cjyyxevEvm jzxevEm 1. 磁化等离子体的张量介电常数磁化等离子体的张量介电常数33222112110000式中式中22p0cp110122222cc2p211222113302j(1), (), , (1) 设等离子体每单位体积内的电子数目为设等离子体每单位体积内的电子数目为N，则运流电流密度，则运流电流密度为为 ，代入麦克斯韦第一方程，得，代入麦克斯韦第一方程，得vJNev 00jjjvHJENevEE 说明说明：当不存在外加磁场、即：当不存

35、在外加磁场、即 时，时， 、00B 12210112233此时，等离子体的等效介电常数为一标量，等离子体呈各向同性此时，等离子体的等效介电常数为一标量，等离子体呈各向同性特性。所以，外加恒定磁场是使等离子体呈各向异性的原因。特性。所以，外加恒定磁场是使等离子体呈各向异性的原因。等离子体的等效等离子体的等效介电常数的张量介电常数的张量2p0Nem 等离子体频率等离子体频率 电磁波在磁化等离子体中的传播特性与波的传播方向有关，电磁波在磁化等离子体中的传播特性与波的传播方向有关，一般情况下很复杂。这里只讨论沿外加恒定磁场一般情况下很复杂。这里只讨论沿外加恒定磁场方向传播均匀平方向传播均匀平面波。设均

36、匀平面波的电场表达式为面波。设均匀平面波的电场表达式为j()ezxxyyEe Ee E22201101222202102222033000000 xyEE jHE0jEH 220()0EEE 2200EE 写成矩阵形式为写成矩阵形式为2. 磁化等离子体中的均匀平面波磁化等离子体中的均匀平面波2201112(j) 2P10111200c2P20111200c(j)(1)(j)(1) 当当1由此可解得由此可解得2当当jyxEE1j1(j)ezxyxEeeEjyxEE 2j2(j)ezxyxEeeE左旋圆极化波左旋圆极化波右旋圆极化波右旋圆极化波结论结论：当电磁波沿外加磁场方向通过等离子体时，将出现两个圆：当电磁波沿外加磁场方