2.4 正弦电磁场
时变电磁场既是空间坐标的函数,又是时间的函数。例如,电场强度的一般表示为:
E(x,y,z,t)=axEx(x,y,z,t)+ayEy(x,y,z,t)+azEz(x,y,z,t)
它随时间按什么规律变化,未作任何限制。在实际问题中,碰到最多的是随时间作
正弦变化的电磁场。另外,在线性媒质中一些非正弦时间函数可根据傅立叶方法
分解成许多正弦函数的线性叠加。所以研究正弦电磁场是研究时变电磁场的基础。
电场和磁场的每一个坐标分量,都随时间以相同的频率作正弦变化(亦简称变化),
则称为正弦电磁场(时谐场)。例如:
E(x,y,z,t)=axExm(x,y,z)cos[ωt+φx(x,y,z)]+
ayEym(x,y,z)cos[ωt+φy(x,y,z)]+azEzm(x,y,z)cos[ωt+φz(x,y,z)]
则称电场E(x,y,z,t)为正弦电场,或时谐电场。
一. 时谐量的复数表示
设V(t)是一个随时间t作正弦变化(在此以余弦为基准)的时谐量,即:
V(t)= V0 cos(ωt + φ)
↑ ↑ ↑
振幅 角频率 初相位
它可用一个复数的实数部分来表示,即:V(t)=Re[V0e^i(ωt+φ)]=Re[Ve^iωt]
式中的V=V0e^iφ,称为V(t)= V0 cos(ωt + φ)的复数形式。可见,时谐量对时间的
一阶导数,等价于时谐量的复数形式乘以jω。
二. 复矢量
把一个随时间作正弦变化的矢量的各个分量都用复数表示,即得:
V(t)=axV0x cos(ωt + φx)+ayV0y cos(ωt + φy)+azV0z cos(ωt + φz)
=Re[(axV0e^jφx+ayV0e^jφy+azV0e^jφz)e^jωt]=Re[Ve^jωt] --------矢量的复数形式
式中V=axV0e^jφx+ayV0e^jφy+azV0e^jφz称为矢量V(t)的复振幅矢量,或简称复振幅。
三. Maxwell方程组的复数形式
利用前面得出的表达式,可写出Maxwell方程组的复数形式:▽×[Re(He^jωt)]