注意无源代表你立方程那个点xyzt处没有源,电场磁场也是这个点的。
j电流面密度,电流除以单位面积,ρ电荷体密度,电荷除以单位体积。
j方程组有16个未知数,每个矢量有三个xyz分量,即三个未知数,总共十六个未知数(在真空中,D和E,B和H是相关的,但在介质中,它们可能不同,因此这里我们暂时将它们视为独立的未知数),有8个方程
一二个方程在线性介质下成立(比如真空,但是真空的是ε0μ0),第三个是已知成立的。这是9个方程
将两个方程联立得到上面的方程,再将无源的条件带入
最终得到方程组为
麦克斯韦方程组有实数形式也有复数形式,该最终方程组的复数形式是
因为复数形式的矢量在对时间求导只多出个jw
解微分方程的时候,一定会有积分常数C,这个用边界条件确定
无源线性介质的波动方程(无损耗体现在μ和ε是实数)
求解波动方程
规定电场方向简化波动方程
假设E再x方向,则H再y方向。其都是复数表示的场矢量
波动方程是自由空间电磁波传播,空间无限大没有边界,也就没有边界条件。
解得到电场磁场,有通解的系数不确定,且可以包含+jkz(z轴负向传播)和-jkz(z轴正向传播)两个都取可以形成驻波。我们取-jkz为例子得到波动方程解,其中c1c2取值一个复数
注意,这是复数的微分方程,因为E和H是复数形式的场,所以通解中的常数项C也是复数
注意这里的ΦxΦy指的不是相位是x和y的函数,这个相位是个定死的,只表示其是x和y坐标分量上的相位
这和极化书上的不同就在于极化书上的电场不是只有x一个分量的。
这是直接求两个波动方程得到两个场,如果只求出了其中的电场,可以带入到麦克斯韦方程组求磁场
所以波动方程求出的电场磁场(在电场在x方向的特殊情况)是
其中Φ不是x和y的函数,是个常数,x,y只是用来表示其是x分量和y分量的