第6章----平面电磁波的反射与折射综述.ppt

1 如何确定分界面两侧场的分布？ 电磁波到分界面后，一部分能量被反射形成反射波，另一部分能量穿过界面，形成折射波。 实际应用中电磁波在传播中会遇到不同媒质的分界面。 如：金属波导中传播的微波；光导纤维中传播的光波；地面上传播的无线电波。 2 主要内容 第6章 平面电磁波的反射和折射 3 一、对理想导体的垂直入射 a) 入射场和反射场关系 BC(边界条件)： 图6.1-1 平面波的垂直入射 4 入射波(incident wave)： 反射波(reflected wave)： 由于电场沿理想导体切向为零，假设入射波是x向极化的，如图，则反射波也是x向极化的(从而可相消)。 §6.1 平面波对平面边界的垂直入射 5 媒质1中的合成场复矢量为： 合成场的瞬时值为: §6.1 平面波对平面边界的垂直入射 6 b) 合成场特点 (1) 驻波 尽管时间t会变化，但是这些零点位置固定不变，称为电场波节点。 这些最大点的位置也不随时间而改变，称为电场波腹点。 §6.1 平面波对平面边界的垂直入射 7 ? 图6.1-2 不同瞬间的驻波 §6.1 平面波对平面边界的垂直入射 8 §6.1 平面波对平面边界的垂直入射 9 驻波是振幅相等的两个反向行波——入射波和反射波相互叠加的结果。 在电场波腹点，二者电场同相叠加，故振幅呈现最大值； 在电场波节点，二者电场反相叠加，互相抵消为零。 驻波电磁场振幅 ?空间各点的电场都随时间t按正弦规律变化，但是波腹和波节点的位置均固定不变。?这种波与行波不同，它是驻立不动的，称之为驻波。?驻波就是波腹点和波节点固定不动的电磁波。 §6.1 平面波对平面边界的垂直入射 驻波的物理意义： 10 · 磁场的波腹点是电场的波节点， 磁场的波节点是电场的波腹点。 ----例如在z=0点，反射电场与入射电场反相抵消，反射磁场与入射磁场同相相加: 由图知， §6.1 平面波对平面边界的垂直入射 驻波电磁场振幅 11 平均功率流密度为： 驻波没有单向流动的实功率，它不能传输能量，只有虚功率。 (3)功率流密度 §6.1 平面波对平面边界的垂直入射 由BC，理想导体分界面两侧的磁场分量不连续，分界面上存在面电流： (2) 面电流 12 瞬时功率流密度为 §6.1 平面波对平面边界的垂直入射 13 图6. 1-4 驻波场的瞬时电能和磁能密度分布 §6.1 平面波对平面边界的垂直入射 14 二、对理想介质的垂直入射 a) 场量表示 x向极化的平面波，由媒质1向交界面z=0垂直入射，这时入射波有一部分成为-z方向的反射波，另一部分透过交界面成为z向的透射波。 根据BC，电场的切向分量连续，由于入射波电场只有x方向，所以反射波和透射波也只有x向分量。 入射波和反射波的表达式与先前相似。 透射波(transimitted wave): §6.1 平面波对平面边界的垂直入射 15 解得： §6.1 平面波对平面边界的垂直入射 16 b) 合成场特点 媒质1中电场强度和磁场强度： 媒质2中的电场强度和磁场强度： §6.1 平面波对平面边界的垂直入射 17 (1) 行驻波 讨论： §6.1 平面波对平面边界的垂直入射 18 图6.1-5 (a) 行驻波的电磁场振幅分布 ? 同样，磁场振幅也呈行驻波的周期性变化，磁场的波节点对应于电场的波腹点， 磁场的波腹点对应于电场的波节点。 ? 波节点，反射波和入射波的电场反相，合成场最小；波腹点，反射波和入射波 的电场同相，合成场最大。这些值的位置不随时间而变化，具有驻波特性。 §6.1 平面波对平面边界的垂直入射 19 (2) 驻波比（电场振幅最大值与最小值之比，VSWR ） §6.1 平面波对平面边界的垂直入射 20 (3) 平均功率流密度 区域1中合成场传输的总平均功率流密度： 等于入射波传输的功率减去反向传输的反射波功率。 区域2中z向透射波传输的平均功率流密度： §6.1 平面波对平面边界的垂直入射 21 区域1中传输的合成场功率等于向区域2透射的功率 §6.1 平面波对平面边界的垂直入射 22 例6.1-2 入射波是右旋圆极化波，其电场复矢量可表示为： 反射系数： [解] 故 一右旋圆极化波由空气向一理想介质平面（z=0）垂直入射，坐标与图6.1-5(a)相同，今ε2=9ε0，ε1=ε0，μ2=μ1=μ0。试求反射波和透射波的电场强度及相对平均功率密度；它们各是何种极化波？ §6.1 平面波对平面边界的垂直入射 23 透射波电场强度复矢量为 透射系数： 故 §6.1 平面波对平面边界的垂直入射 24 反射波的相对平均功率密度：