麥克斯韋方程是怎么告訴我們波的形式的

麥克斯韋方程，是所有電磁理論的基礎(chǔ)，其微分形式如下圖所示。

都說麥克斯韋方程是世界上最美的公式之一，可是這幾個方程，到底能讓我們了解些什么呢？
在說這個問題之前，先來說說相量的概念。
歐拉公式告訴我們：

所以對于平面上的任一點Z，可以表示為：

所以，對于一個實正弦信號，可以用下列形式表示：

所謂使用相量表示，即:

但是，也不是什么時候，都可以用相量進(jìn)行表示。
從上面公式可知，A(t)的相量形式，省去了Re{}以及e(jwt)。
那什么時候，這兩個可以省去呢？
一種情況是，大家都知道了，寫與不寫，大家都默認(rèn)是有這兩項的。
也就是說，使用相量形式的前提，是：
(1) 被表示的變量是一個實數(shù)，所以不需要將Re{}寫出來
(2) 處理的系統(tǒng)是線性時不變系統(tǒng)，即變量的頻率分量是不變的，因此，不需要把e(jwt)寫出來。
所以，用相量來表示一個正弦信號時，只要寫出其幅度和相位就可以了。
不過，雖然不用寫出來，但是需要記住的是，其實這兩項是存在的。如果對A(t)進(jìn)行求導(dǎo)的話，不能忘記還有時間的存在，即：

現(xiàn)在，用相量來對麥克斯韋方程中的第一個和第二個旋度方程進(jìn)行處理。
為了簡化分析，假設(shè)所分析區(qū)域中的電流和電荷都為0。

類似的推導(dǎo)，也可以得到：

而這兩個式子，就是電磁場的波動方程，或者說是波動方程的相量形式。
波動方程是一個微分方程，這個微分方程，可將變量在時間上的二階導(dǎo)數(shù)與其在空間上的二階導(dǎo)數(shù)聯(lián)系起來。

定義波數(shù)：

在無耗的媒介中，介電常數(shù)和磁導(dǎo)率都為實數(shù)，因此k也為實數(shù)。
假設(shè)電場只存在于x方向，且只隨z的變化而變化。

把上面的相量形式改成正常形式后，則：

上面式子中的第一項，表示前向波，即隨著時間的增加，波沿著+z軸傳播；而第二項，表示后向波，即隨著時間的增加，波沿著-z軸傳播。
此時，相速，即波的相位在空間中傳播的速度如下式所示：
而電磁波的波長，則定義為在固定的時間點，兩個波峰或者波谷的距離。即：

因此，由麥克斯韋方程，可以得到電磁場的波動方程，對波動方程進(jìn)行求解，即可以得到電場和磁場在時間和空間上的傳播形式。

本條內(nèi)容來自微信公眾號“加油射頻工程師”，由“呂楊老師”選編。如有任何反饋，請留言給我們。

關(guān)注電磁兼容（emc）微信公眾號，接收電磁兼容相關(guān)內(nèi)容，微信里搜索公眾號“EMC_EMI”或者掃描下方左側(cè)二維碼即可；
加入電磁兼容（EMC）微信群，與國內(nèi)外數(shù)百EMC同行實時技術(shù)交流討論，添加微信號“yzg3369”為好友或者掃描下方中間二維碼，注明“EMC”即可邀您加入；
加入電磁兼容（EMC）QQ群，與國內(nèi)外數(shù)千EMC同行實時技術(shù)交流討論，添加QQ號“34013334”或者掃描下方右側(cè)二維碼，注明“EMC”即可邀您加入。

公眾號

微信

QQ

原創(chuàng)技術(shù)文章投稿或者推薦轉(zhuǎn)載技術(shù)文章找呂工（微信:mythball），下方左側(cè)二維碼；培訓(xùn)代理招生、互相宣傳合作、宣傳業(yè)務(wù)等找王工（微信:wangshaoqi96），下方右側(cè)二維碼。

呂工

王工

電磁環(huán)境效應(yīng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟媒體矩陣：