[Section 3] 전자기파의 에너지 손실

전자기파동 목차보기

[INTRO] 전자기파동 미리보기

0. INTRO

지금까지는 전도도가 없는 매질에서의 전자기파에 대해 다루었다. 그렇다면, 전도도가 0이 아닌 매질에서의 전파는 어떨까? 전도도가 0이 아닌 상황에서는 전자기파가 진행하는 상황에서 발생하는 에너지 손실에 대해 알아보자. 

1. 손실 매질(Lossy Media)

손실 매질에서 전도도는 0이 아니다. 그리고 전도도는 전기장의 존재에 따라서 전류밀도를 형성하고, 이는 자기장의 회전량에 영향을 미친다. 따라서 손실 매질을 전파하는 전자기파는 전기장 방향으로 자유 전하의 진동을 야기한다. 따라서 자기장 회전과 관계된 맥스웰 방정식은 다음과 같은 변형 식이 요구된다.

손실 매질에서의 맥스웰 방정식

2. 복잡한 유전율(complex permittivity)

위의 변형식에서 새로이 유전율을 정의한다.

 

복잡한 유전율 정의

이것을 복잡한 유전율(complex permittivity)이라고 부른다.

 

이것은 단순히 전류밀도 관점에서만 정의되는 용어는 아니다. 앞에서 배운 바와 같이, 물질에 전기장이 가해지면 분극(polarization) 현상이 발생하는데, 이 분극은 가해지는 전기장의 주파수에 따라 변화한다. 재미있는 점은 주파수가 증가할수록 내부의 전하량을 갖는 입자들은 속박 전하의 변형을 막는 경향성을 가지며, 이것은 전자기파의 에너지 손실을 야기하게 된다. 복잡한 유전율은 이러한 현상을 설명하는데 용이하다.

 

분극관점에서의 유전율 정의

 

여기에서의 유전율은 모두 주파수에 종속적인 유전율 함수이며, 앞에서 전류밀도와 관계된 유전율과 일치하는지 확신할 수 없다. 만약 두 식이 일치한다고 가정한다면 다음과 같은 관계를 보일 것이다.

 

전도도와의 관계

3. 매질에서의 손실 에너지양

손실 매질을 따라 진행하는 전자기파의 손실 에너지양은 손실 탄젠트(loss tangent)라 불리는 비율로 정의한다. 이러한 정의는 앞에서의 가정에 따른 결과이다. 

 

손실 탄젠트

 

이때 탄젠트 각도를 손실각(loss angle)이라 부른다.

 

* 다음 강의는 손실 매질에서의 전파상수입니다.

[Section 3] 손실 매질에서의 전파상수