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等离子体的电磁波传播 等离子体中的电磁波传播 信息与通信工程0704 班 姚创沐（3071102420） 1．等离子体 等离子体（Plasma ）是一种自由电子和带电离子为主要成分物质形态，广泛存在于宇 宙中，如发光的宇宙恒星、地球上空的电离层和火箭喷射出的尾气等。严格来说，等离子体 是具有高位能动能的气体团，等离子体中的正、负电荷相等，整体呈中性，借由电场或磁场 的高动能将外层的电子击出，电子不再被束缚于原子核，而成为高位能高动能的自由电子。 在这里，要注意等离子体是物质的一种存在形态，并不属于气态。等离子体通常被视为 物质除固态、液态、气态之外存在的第四种形态。等离子体与气体的性质差异很大。在等离 子体中起主导作用的是长的库仑力，而且电子的质量很小，可以自由运动，因此等离子体中 存在显著的集体过程，如振荡与波动行为。 《电磁场与电磁波》教材中对等离子体进行了简要的讨论，得到了等离子体频率及其有 效介电常数。而该讨论建立在非磁化等离子体的假定下得到的。下面我将对其作更一般的研 究，以期得到更普遍的特性。 2 ．均匀磁化等离子体的本构关系 下面研究讨论均基于均匀磁化等离子体条件。所谓均匀磁化等离子体是指等离子体处于 恒定磁场中。 如果电磁场作用于等离子体，等离子体中的电子和离子将受到洛伦兹力作用而运动。由 于等离子体中电子质量远小于离子质量，可近似认为离子静止不动。 设均匀磁化等离子单位体积内的电子数为N ，恒定磁场的磁感应强度为B =B z ，电子 0 0 0 速度为v 。根据牛顿第二定律及洛伦兹力方程，电子受力 dv F m e[E v (B0 B)] (2.1) dt 在高频场中为小信号，即BB ，故上式为写成 0 dv m e(E v B ) e(E v z B ) (2.2) 0 0 0 dt 其时谐场方程为 j v e (E v z B ) (2.3) 0 0 分量形式为  e e e j v  E  B v  E v  x x 0 y x c y  m m m  e e e j v  E  B v  E v (2.4) y y 0 x y c x  m m m  e j v z  E z   m 1 等离子体的电磁波传播 eB 其中c 0 (2.5) m 称为回旋频率。 由上述方程组解得