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1、第三讲主题主题主题主题: : 1. 1. 介质介质介质介质- -导体导体导体导体交界面交界面交界面交界面 2. 2. 介质介质介质介质- -等离子体等离子体等离子体等离子体交界面交界面交界面交界面 3. 3. 多层介质多层介质多层介质多层介质系统对平面波的反射与透射系统对平面波的反射与透射系统对平面波的反射与透射系统对平面波的反射与透射第五章第五章 波的反射与折射及多层介质中波的传播波的反射与折射及多层介质中波的传播 5.5 5.6波的反射与折射及多层介质中波的传播波的反射与折射及多层介质中波的传播课件课件介质介质-导体导体交界面的反射交界面的反射导体可看成其介电常数的导体可看成其介电常数的虚
2、部虚部比比实部实部大得多大得多的特殊介的特殊介质质, 其其相对复介电常数相对复介电常数中表示为中表示为如果如果实部实部近似为近似为1, 则则虚部虚部为为在微波频段，在微波频段， m的的虚部虚部比比实部实部大的多大的多这时不论这时不论TE模还是模还是TM模，模，纵向传播常数纵向传播常数kzm为为: 趋肤深度趋肤深度波的反射与折射及多层介质中波的传播波的反射与折射及多层介质中波的传播课件课件介质介质-导体导体交界面的反射交界面的反射I此时的此时的波阻抗波阻抗为：为： 1) 对于对于完纯导体完纯导体，R，则则 -1; 即当区域即当区域I用传输线等效时，区域用传输线等效时，区域II的导体相当于的导体相
3、当于短路短路。 -1也也表明在导体表明在导体表面电场的切向分量表面电场的切向分量的入射波与反射波的入射波与反射波有有 相移相移。2) 对于对于非完纯导体非完纯导体，如果，如果 足够大，只要区域足够大，只要区域II纵向纵向z的的线度比趋肤深度线度比趋肤深度 大得多，就可认为区域大得多，就可认为区域II纵向趋于无纵向趋于无限的。限的。波的反射与折射及多层介质中波的传播波的反射与折射及多层介质中波的传播课件课件平面波平面波垂直投射垂直投射到到完纯导体完纯导体表面的反射表面的反射平面波平面波垂直投射垂直投射到完纯导体表面，相当于到完纯导体表面，相当于TEM模模投射投射到完纯导体表面，即到完纯导体表面，
4、即E=Exx0和和H=Hyy0满足传输满足传输线模型线模型完纯导体即完纯导体即是是z=0处处短路短路模型模型参数参数等效等效波的反射与折射及多层介质中波的传播波的反射与折射及多层介质中波的传播课件课件平面波平面波垂直投射垂直投射到到完纯导体完纯导体表面的反射表面的反射由由复数表示复数表示与与瞬时量瞬时量的对应关系，得到：的对应关系，得到： ExHy波的反射与折射及多层介质中波的传播波的反射与折射及多层介质中波的传播课件课件TE平面波平面波倾斜投射倾斜投射到完纯导体表面的反射到完纯导体表面的反射TE模模: 满足传输满足传输线方程线方程模型参数模型参数完纯导体相当于传完纯导体相当于传输线输线短路短
5、路(z=0)电压、电流电压、电流为为: 波的反射与折射及多层介质中波的传播波的反射与折射及多层介质中波的传播课件课件TE平面波倾斜投射到完纯导体表面的反射平面波倾斜投射到完纯导体表面的反射短路线上的电压、电流分布是短路线上的电压、电流分布是纯驻波纯驻波。瞬时值为瞬时值为: 两完纯导体平板两完纯导体平板间距为间距为d=n /kz时可导引电磁波时可导引电磁波波导波导波的反射与折射及多层介质中波的传播波的反射与折射及多层介质中波的传播课件课件介质介质-导体界面上的反射导体界面上的反射波的反射与折射及多层介质中波的传播波的反射与折射及多层介质中波的传播课件课件介质-介质界面与介质-导体界面上反射的区别
6、从从从从上上上上面面面面分分分分析析析析可可可可知知知知，介介介介质质质质- -介介介介质质质质交交交交界界界界面面面面对对对对波波波波的的的的反反反反射射射射与与与与介介介介质质质质- -导体交界面对波的反射是导体交界面对波的反射是导体交界面对波的反射是导体交界面对波的反射是不一样不一样不一样不一样的。的。的。的。对对对对于于于于介介介介质质质质- -导导导导体体体体交交交交界界界界面面面面，不不不不管管管管入入入入射射射射波波波波是是是是TETE还还还还是是是是TMTM，不不不不管管管管入入入入射射射射角角角角是是是是大大大大是是是是小小小小，都都都都是是是是全全全全反反反反射射射射，对对
7、对对于于于于切切切切向向向向电电电电场场场场入入入入射射射射波与反射波波与反射波波与反射波波与反射波还有还有还有还有180180 相移相移相移相移。对对对对于于于于介介介介质质质质- -介介介介质质质质交交交交界界界界面面面面，反反反反射射射射系系系系数数数数不不不不仅仅仅仅与与与与入入入入射射射射波波波波型型型型（TETE或或或或TMTM）有有有有关关关关，还还还还与与与与入入入入射射射射角角角角大大大大小小小小有有有有关关关关。只只只只有有有有从从从从密密密密媒媒媒媒质质质质到到到到疏疏疏疏媒媒媒媒质质质质（即即即即从从从从 大大大大的的的的介介介介质质质质到到到到 小小小小的的的的介介介
8、介质质质质）且且且且入入入入射射射射角角角角 大大大大于于于于临临临临界界界界角角角角 c c时时时时才才才才发发发发生生生生全全全全反反反反射射射射。 c c时时时时入入入入射射射射波波波波与与与与反射波相移反射波相移反射波相移反射波相移不是不是不是不是 ，而，而，而，而由（由（由（由（5.3.65.3.6）、（）、（）、（）、（5.3.75.3.7）表示）表示）表示）表示。波的反射与折射及多层介质中波的传播波的反射与折射及多层介质中波的传播课件课件电离层的反射电离层的反射离地面离地面80120km的电离层可看作的电离层可看作等离子体等离子体其其介电常数介电常数为为: 等离子体振荡频率等离子
9、体振荡频率 p29 106Hz当入射波当入射波 p, 可能小于可能小于1或为或为负数负数等离子体等离子体 为负数时，为负数时，相当于导体相当于导体则则电离层就相当于电离层就相当于 2-4 0的的介质介质 现在来考虑电离层的反射：现在来考虑电离层的反射：设入射角为设入射角为45 ，波的反射与折射及多层介质中波的传播波的反射与折射及多层介质中波的传播课件课件电离层的反射电离层的反射I这样一个问题可用传输线模型来等效这样一个问题可用传输线模型来等效（这里（这里TE、TM一起考虑）一起考虑）波数波数为为则可得到则可得到各分量各分量：为了保证波沿为了保证波沿z方方向向衰减衰减根据根据TE和和TM波的波的
10、传输线模型传输线模型，由，由传播常数传播常数kz1, kz2z2可可得出相应的得出相应的特征阻抗特征阻抗Z1, Z2.波的反射与折射及多层介质中波的传播波的反射与折射及多层介质中波的传播课件课件电离层的反射电离层的反射II代入代入得到得到模模(z=0) 1相角相角 场分布？场分布？椐所选取的坐标系，椐所选取的坐标系，ky=0, 场场在在y方向方向上没有分量上没有分量x方向方向上的场为行波：上的场为行波： 传输线模型的传输线模型的V与与I表示的表示的是场沿是场沿z方向方向上的分布：上的分布：TE模模：VEyTM模模：IHy区域区域I传输线上的电压、传输线上的电压、电流分布为电流分布为纯驻波纯驻波
11、波的反射与折射及多层介质中波的传播波的反射与折射及多层介质中波的传播课件课件电离层的反射电离层的反射III由于由于则对应于则对应于TE模的模的第一个电压波第一个电压波节点节点则交界面处电压的模为则交界面处电压的模为: 由此可得出入射平面波为由此可得出入射平面波为TE时，时，空气一侧（空气一侧（区域区域I）传输线上）传输线上电压电压或或电场电场Ey的分布的分布在电离层（在电离层（区域区域II）中，）中，kz2是是虚数虚数，场按，场按exp(-2.12k0z)衰衰减，减，没有波传播没有波传播.同理可得到同理可得到TM模的结果！模的结果！波的反射与折射及多层介质中波的传播波的反射与折射及多层介质中波
12、的传播课件课件介质介质-电离层电离层等离子体行波等离子体行波(f高高于于fp)等离子体行波等离子体行波(f低于低于fp)波的反射与折射及多层介质中波的传播波的反射与折射及多层介质中波的传播课件课件多层平板介质中波的传播多层平板介质中波的传播多层介质系统的相对介电常数沿多层介质系统的相对介电常数沿z分布如图所示分布如图所示Q: 要确定区域要确定区域I的反射波，区域的反射波，区域III中的透射波的大小及中的透射波的大小及其传播方向，和其传播方向，和n层介质内的场分布或波的传播层介质内的场分布或波的传播取取本征坐标系本征坐标系TE模：模： TM模：模：求解方法：求解方法：场量配匹法场量配匹法传输线模
13、型法传输线模型法波的反射与折射及多层介质中波的传播波的反射与折射及多层介质中波的传播课件课件采采用用传传输输线线模模型型法法波的反射与折射及多层介质中波的传播波的反射与折射及多层介质中波的传播课件课件多层介质中多层介质中TE波波传播的传播的传输线模型传输线模型电压电压V(z)、电流、电流I(z)与与第第j层层介质中场量介质中场量Ejy, Hjx的关系为的关系为: 其中其中模式函数模式函数 j(x)的解形的解形式相同，为式相同，为:由由边界条件边界条件得到得到: 对应于对应于第第j层层介介质的传输线模质的传输线模型的型的参数参数为为: 传输常数传输常数特征阻抗特征阻抗波的反射与折射及多层介质中波
14、的传播波的反射与折射及多层介质中波的传播课件课件反射系数与场分布反射系数与场分布在在z=0-处，处，反射系数反射系数为：为：区域区域I的的电压、电流电压、电流分分布为布为: 式中式中波的反射与折射及多层介质中波的传播波的反射与折射及多层介质中波的传播课件课件反射系数与场分布反射系数与场分布I界面界面z=0处处V，I连续连续式中式中则则区域区域II中中第第1节传输线节传输线上的电上的电压、电流分布为压、电流分布为由此类推，可得到由此类推，可得到第第2,3n节线上的节线上的电压、电流分布！电压、电流分布！波的反射与折射及多层介质中波的传播波的反射与折射及多层介质中波的传播课件课件反射系数与场分布反
15、射系数与场分布II在在区域区域III，由于，由于没有边界没有边界，没有，没有反射波，电压、反射波，电压、电流电流只存在行波。只存在行波。电压、电流分电压、电流分布为布为: 波的反射与折射及多层介质中波的传播波的反射与折射及多层介质中波的传播课件课件例例5-7波的反射与折射及多层介质中波的传播波的反射与折射及多层介质中波的传播课件课件例例5-7 5-7 I计算计算等效传输线参数等效传输线参数: 分量为：分量为：传输线传输线区域区域I和和II的参数的参数波的反射与折射及多层介质中波的传播波的反射与折射及多层介质中波的传播课件课件例例5-7波的反射与折射及多层介质中波的传播波的反射与折射及多层介质中
16、波的传播课件课件例例5-7波的反射与折射及多层介质中波的传播波的反射与折射及多层介质中波的传播课件课件例例5-85-8多层介质膜多层介质膜干涉滤波器干涉滤波器波的反射与折射及多层介质中波的传播波的反射与折射及多层介质中波的传播课件课件激光器剖面图激光器剖面图波的反射与折射及多层介质中波的传播波的反射与折射及多层介质中波的传播课件课件小结、复习小结、复习复习要点复习要点复习要点复习要点 介质介质介质介质- -介质交界面与介质介质交界面与介质介质交界面与介质介质交界面与介质- -导体交界面对平面波的反射、透导体交界面对平面波的反射、透导体交界面对平面波的反射、透导体交界面对平面波的反射、透射是有射
17、是有射是有射是有区别区别区别区别的的的的 等离子体等离子体等离子体等离子体当当当当 p p时，其等效介电系数时，其等效介电系数时，其等效介电系数时，其等效介电系数00，相当于导体对入，相当于导体对入，相当于导体对入，相当于导体对入射波全反射，但接近界面的等离子体中还有电磁能量储存，射波全反射，但接近界面的等离子体中还有电磁能量储存，射波全反射，但接近界面的等离子体中还有电磁能量储存，射波全反射，但接近界面的等离子体中还有电磁能量储存，只是随离开界面距离而不断衰减。只是随离开界面距离而不断衰减。只是随离开界面距离而不断衰减。只是随离开界面距离而不断衰减。 多层介质系统对平面波的反射、透射用多层介质系统对平面波的反射、透射用多层介质系统对平面波的反射、透射用多层介质系统对平面波的反射、透射用传输线模型分析传输线模型分析传输线模型分析传输线模型分析最最最最为方便，一定要掌握。为方便，一定要掌握。为方便，一定要掌握。为方便，一定要掌握。复习范围复习范围复习范围复习范围 5.5 5.5，5.65.6 帮助理解的多媒体演示：帮助理解的多媒体演示：帮助理解的多媒体演示：帮助理解的多媒体演示：MMS8MMS8、MMS9MMS9波的反射与折射及多层介质中波的传播波的反射与折射及多层介质中波的传播课件课件作业作业5.3波的反射与折射及多层介质中波的传播波的反射与折射及多层介质中波的传播课件课件
