전자기학›8장 전자파

전자파와 평면파

Electromagnetic Waves

전계와 자계가 함께 날아간다
🌊 전자파의 탄생
①변하는 E → H 유도, 변하는 H → E 유도 (맥스웰)
②이 상호유도가 연쇄적으로 일어나며 공간을 전파 = 전자파!
③빛, 라디오파, X선 모두 같은 전자파 — 주파수만 다름
전자파 전파 시각화
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E⊥H⊥전파방향 — 횡파(TEM) 전자파 진행

🔑 핵심 관찰
①E와 H가 서로 직교(⊥)하며 전파 방향과도 직교 → TEM파
②E와 H는 동위상(같은 시간에 극대/극소) — 진공 기준
③주파수↑ → 파장↓ (λ = v/f), 진행 속도는 동일
파동방정식과 전파속도
파동방정식
∇²E = με ∂²E/∂t² + μσ ∂E/∂t
맥스웰 방정식에서 유도 — 무손실 시 σ=0으로 단순화
전파속도
v = 1/√(με) = c/√(εᵣμᵣ) [m/s]
진공: c = 1/√(μ₀ε₀) = 3×10⁸ m/s
파장·주파수 관계
λ = v/f = c/(f√(εᵣμᵣ)) [m]
v = fλ — 매질에 따라 파장이 변함 (주파수는 불변)
매질에 따른 전파 특성

매질별 전파 특성 — 자유공간/유전체/도체 비교

고유임피던스
η = E/H = √(μ/ε) [Ω]
진공: η₀ = √(μ₀/ε₀) = 120π ≈ 377 Ω
💡 매질별 핵심 차이
①자유공간: 무감쇠, v = c, η₀ = 377Ω
②유전체: 무감쇠, v < c, η = √(μ/ε)
③도체: 지수감쇠(e^−αz), 침투깊이 δ 이후 거의 소멸
시험 핵심 정리
전파속도
v = 1/√(με)
c = 3×10⁸
고유임피던스
η = √(μ/ε)
η₀ = 377Ω
🎯 시험 포인트
①v = 1/√(με) = c/√(εᵣμᵣ) — 진공에서 최대 (광속)
②η₀ = √(μ₀/ε₀) = 120π ≈ 377Ω — 반드시 암기!
③E ⊥ H ⊥ 전파방향 → TEM(횡전자기)파
④도체 내: 감쇠상수 α = 1/δ = √(πfμσ), 침투깊이 δ
⑤λf = v, 매질 경계에서 f 불변, λ와 v가 변함
📝 대표 기출문제
①[전파속도] εᵣ=4, μᵣ=1인 유전체 내 전파속도 → v=c/√4=1.5×10⁸ m/s
②[고유임피던스] 자유공간 η₀=√(μ₀/ε₀)=120π≈377Ω
③[파장] f=100MHz, 진공 → λ=c/f=3m, εᵣ=9 유전체 → λ=1m