《电磁波第六章-均匀平面波的反射与透射(2)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电磁波第六章-均匀平面波的反射与透射(2)（55页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、电磁场与电磁波,物理电子学院 周俊,第六章 均匀平面波的反射与透射,边界条件,入射波（已知）反射波（未知） 透射波（未知）,现象： 电磁波入射到不同媒质分界面上时一部分波被分界面反射，一部分波透过分界面,入射方式：垂直入射、斜入射；,媒质类型： 导电媒质、理想导体、理想介质;,分析方法：,电磁场与电磁波 第六章_均匀平面波的反射与透射,第2页,物理电子学院 周俊,第3页,6.1.1 对导电媒质分界面的垂直入射,电磁场与电磁波 第六章_均匀平面波的反射与透射,第一节 均匀平面波对分界平面的垂直入射,物理电子学院 周俊,第4页,1、2 区的,1区(z 0)：,问题：沿x方向极化的均匀平面波 从媒质
2、1垂直入射到与导电媒质 2 的分界平面上。,有入射波、反射波、传输波(透射波),给定： 入射波、边界条件，,求： 反射波和传输波。,电磁场与电磁波 第六章_均匀平面波的反射与透射,第5页,设入射波为：,反射波为：,媒质1的合成电场,合成磁场,媒质1中波是入射波和反射波的叠加，因此：,第6页,透射波为：,媒质2的合成电场,合成磁场,媒质2中只有透射波，因此：,第7页,在分界面z=0处，电场强度和磁场强度的切向分量连续：,即边界条件： z=0 ，,电磁场与电磁波 第六章_均匀平面波的反射与透射,将,联立解之，得,反射系数,透射系数,第8页,反射系数：反射波电场的振幅与入射波电场振幅之比,透射系数：
3、透射波电场的振幅与入射波电场振幅之比,的关系：,和 是复数，表明反射波和透射波的振幅和相位与入射波都不同,电磁场与电磁波 第六章_均匀平面波的反射与透射,为了加深理解，讨论几种特殊情况：,(2) 媒质2为理想导体,即,全反射,(1) 两种媒质参量相同,全传输,物理电子学院 周俊,第9页,良导体,反射大、透射小,：电磁波很难进入良导体内部,(4) 两理想介质的分界面，即1= 2= 0，则得到实数值的,电磁场与电磁波 第六章_均匀平面波的反射与透射,(3) 媒质1为空气，媒质2为良导体：将产生趋肤效应,物理电子学院 周俊,第10页,6.1.2 对理想导体平面的垂直入射,已知：边界条件，入射波,研究
4、：反射波，透射波,设：波沿 x 方向极化,电磁场与电磁波 第六章_均匀平面波的反射与透射,得到 说明只有反射波，没有透射波,媒质1为理想介质，10 媒质2为理想导体，2,物理电子学院 周俊,第11页,入射波：,反射波：,注意：由于反射波沿-z方向传播，,与,符号相反,电磁场与电磁波 第六章_均匀平面波的反射与透射,第12页,合成电场为,(省略了时间因子),在导体表面,，故,瞬时值形式：,Ex具有驻波分布,(或直接由 得到),合成磁场,Hy具有驻波分布,第13页,对于合成电场,时，,时，,对于合成磁场,当,时，,时，,当,物理电子学院 周俊,第14页,时，,电磁场与电磁波 第六章_均匀平面波的反
5、射与透射, 合成的电场磁场在空间仍相互垂直，振幅仍差 倍，但形成了驻波：振幅随 z 作正弦变化，相位与 z 无关，无波动性，故称为驻波；,结论, 电场的零点磁场为最大点,磁场的零点为电场的最大点,零点,波节 ，最大点,波腹,电场磁场在时间上有,的相移 ,电场磁场在空间上错开,第15页, 平均坡印廷矢量：,能量在,空间,(两个波节间)进行电能与磁能的交换；, 导体表面感应电流密度：,说明驻波不传输能量,由于分界面上电场为零，为满足边界条件，表面有电流密度。,第16页,6.1.3 对理想介质分界面的垂直入射,均为实数，,反射波电场与入射波电场同相；,反射波电场与入射波电场反相。,电磁场与电磁波 第
6、六章_均匀平面波的反射与透射,物理电子学院 周俊,第17页,媒质1的合成波：,媒质2的透射波：,电磁场与电磁波 第六章_均匀平面波的反射与透射,物理电子学院 周俊,第18页,媒质1中的合成波的电场,电磁场与电磁波 第六章_均匀平面波的反射与透射,媒质1中的合成波的磁场,合成波的特点（以电场为例）,这种由行波和纯驻波合成的波称为 行驻波（混合波）,第19页,合成波电场振幅（ 0）,当21z =2n，即 z =n1/ 2 时，有,当21z =(2n1)，即z =(n/2+1/4)1 时，有,第20页,合成波电场振幅（ 0 时合成波电场振幅, 0 时合成波电场振幅,电磁场与电磁波 第六章_均匀平面波
7、的反射与透射,H最大，E 最小,边界z=0处合成波的电场和磁场振幅,时，1 S 2 ；,对全反射的进一步讨论, i c 时，,透射波仍然是沿分界面方向传播，但振幅在垂直于分界面的方向上按指数规律衰减。这种波称为表面波。,全反射示意图,第46页,对于平行极化波,，有,解之，有,电磁场与电磁波 第六章_均匀平面波的反射与透射,2. 全透射和布儒斯特角,全透射现象：反射系数为0 无反射波。,即,布儒斯特角,物理电子学院 周俊,第47页,说明对于平行极化波，如果入射角为B时，全部能量将入2区，,没有反射波(全传输)，B称为极化角或布儒斯特角,相反，对于垂直极化波,要求,然而,对于垂直极化，不可能发生全
8、传输，或多或少总有反射。,电磁场与电磁波 第六章_均匀平面波的反射与透射,，故,物理电子学院 周俊,第48页, 当 平行极化波发生全透射，反射波中只有垂直极化分量极化滤波, 产生全透射时，, 在非磁性媒质中，垂直极化入射的波不会产生全透射。,电磁场与电磁波 第六章_均匀平面波的反射与透射,小结：,全透射现象：反射系数为0 无反射波,布儒斯特角(非磁性媒质) ：,扩展： 任意极化波以 入射时，反射波中只有垂直极化分量，因此可用于极化滤波。,第49页,平行极化波对理想 导体平面的斜入射,垂直极化波对理想 导体平面的斜入射,电磁场与电磁波 第六章_均匀平面波的反射与透射,第四节 均匀平面波对理想导体
9、平面的斜入射,平行极化波：电场在入射平面内 垂直极化波：电场垂直于入射平面,6.4.1 垂直极化波对理想导体表面的斜入射,设媒质1为理想介质，媒质2 为理想导电体，即,则媒质 2 的波阻抗为,此结果表明，当平面波向理想导体表面斜投射时，无论入射角如何，均会发生全反射。因为电磁波无法进入理想导体内部，入射波必然被全部反射。,媒质1中的合成波,合成波是沿 x 方向的行波，其振幅沿 z 方向成驻波分布，是非均匀平面波；,合成波电场垂直于传播方向，而磁场则存在 x 分量，这种波 称为横电波，即TE 波；,合成波的特点,在 处，合成波电场E1= 0，如果在此处放置一块无限大的理想导电平面，则不会破坏原来的场分布，这就意味着在两块相互平行的无限大理想导电平面之间可以传播TE波。,TE 波的平均能流密度矢量,第52页,6.4.2 平行极化波对理想导体表面的斜入射,媒质1中的合成波,由于,，则,合成波是沿x方向的行波，其振幅沿 z 方向成驻波分布，是非均匀平面波；,合成波磁场垂直于传播方向，而电场则存在x分量，这种波 称为横磁波，即TM 波；,合成波的特点,在 处，合成波电场的E1x= 0，如果在此处 放置一块无限大的理想导电平面，则不会破坏原来的场分布，这就意味着在两块相互平行的无限大理想导电平面之间可以传播 T M 波。,
