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论文提要

在迅变情况下，电磁场以波动形式存在。变化着的电场和磁场互相激发，形成空间中传播的电磁波。由于在广播通信，光学和其他科学技术中广泛应用，电磁波的传播问题已经发展为独立学科，具有十分丰富的内容。平面电磁波作为交变电磁场存在的最基本形式，其传播特性分析是电磁场理论基础的核心内容。探讨电磁波在不同媒介中的不同传播特性，有利于在实际生产生活中的应用。在这篇论文中我们重点探讨了无界空间的平面电磁波传播；介质分界面平面电磁波传播；良导体表面平面电磁波传播特性。

探讨平面电磁波的传播特性

摘要：由于在广播通信，光学和其他科学技术中广泛应用，电磁波的传播问题已经发展为独立学科，具有十分丰富的内容。平面电磁波作为交变电磁场存在的最基本形式，其传播特性分析是电磁场理论基础的核心内容。
关键词：平面电磁波良导体电磁场

从经典电磁学理论出发，时变电磁场可以在空间形成电磁波，其能量以电磁波形式传播。根据电磁波的波面形状可将其分类，其中存在一种最基本形式的电磁波，即平面电磁波。电磁波在现代电子技术中应用范围很广，如通讯、广播、导航、雷达、测控等都离不开电磁波的传播。因此，探讨电磁波在不同媒介中的不同传播特性，有利于在实际生产生活中的应用。

一、无界空间中的平面电磁波传播特征

在没有电荷电流分布的自由空间或均匀的绝缘介质中，根据麦克斯韦方程组， （1）
可以导出时谐电磁波的亥姆霍兹（Helmholtz）方程：
（2）
其中k为波数，
（3)
应用分离变量法得（2）式平面电磁波解
（4）
上式中，和是复恒定振幅矢量，是波矢量。当为复矢量时，可设，此时式（4）代表一个平面波，它的传播方向沿方向，而衰减方向沿方向。当和在同一方向时是一减幅的均匀电磁波。

二、介质分界面上的平面电磁波的传播特征

不失一般性，考虑如图1所示的平面电磁波由电磁参数为的介质1，向电磁参数为的介质2平面边界上以任意角度投射时的传播特性。
图1平面波在分层介质中的传播

根据相位匹配条件，磁场的解为
（5）
上式中，R为反射系数，和满足如下色散关系：
（6）
现讨论以下四种情况（6）式的解:

此时和满足色散关系如下：
（7）
由于，故沿z方向，沿x方向，即波沿垂直于分界面衰减，沿平行于分界面传播，此即全反射现象。此时传输波为表面波，场解为
（8）
上式中。其中，时对应的入射角称为临界角。

这是平面波由理想介质向导电介质边界斜入射的情形。此时有
（9）
由上式可得
（10）

传输波沿垂直于分界面方面的衰减，折射角由下式确定
（11）
④
这也是平面波由理想介质向导电介质边界斜入射的情景。由于此时，故有：
（12）
（13）
由电场切分向量满足的边界条件可得反射系数为
（14）
式中，为介质2的等效介电常数。由式（13)(14），加上反射系数的零点或极点条件，可得到和的唯一解。

三、良导体表面的平面电磁波传播特征

（一）良导体表面的电磁波
以Z=0面为导体表面，导电介质中平面电磁波电场可表示为
（15）
其中α、β分别为衰减常数和相位常数，由电介质参数和电磁波频率决定，可以表示为

(16)
当电磁波频率满足σ＞＞ωε为良导体，此时
设为导电介质的复介电常数，则良导体的波阻抗为，其电阻部分和电抗部分相等，即η的相角为45º。
公式（16）中的衰减因子为，随z增大电场强度按指数规律衰减，相位也相对滞后，穿透深度。因此对于高频电磁波，电磁场一级和它相互作用的高频电流仅集中于表面很薄的一层内，这种现象叫趋肤效应。可以得出规律，频率越高，衰减越快，透入深度越浅。
（二）良导体表面的平面电磁波模拟
设入射波，反射波场强为。这里以正入射为例，有
，(17)
反射系数R定义为反射能流与入射能流之比，由上式可得
(18)
由此式可知，频率越低，导电率越高，则反射系数越趋近于1.
可以利用计算机仿真电磁波在良导体表面传播。设Z＜０区域中为理想介质，其中存在入射波和反射波，则Z＞0处为良导体，其中的透射波可以忽略。对于良导体，反射波和入射波相差不是π，因为有一个由（17）式决定的相位差，这一点不同于理想导体；在某时刻ｔ，入射波、反射波、驻波岁空间位置做正弦变化；反射波和入射波的合成波是驻波，反射波和入射波振幅都为等幅波，而且两者近似相等。

参考文献:
[1]蒋泽：分层介质中平面电磁波的传播与Zenneck波，电子电器教学学报，2009年。
[2]谢处方：电磁场与电磁波，高等教育出版社,2006年。
[3]熊翠秀：电磁波在导体中传播的几个问题的探究，科技咨询导报,2007年。
[4]肖平平：平面电磁波在良导体表面上的反射和透射，江西师范大学学报,2004年。
[5]雷前召：良导体平面电磁波传播特征，河南