电磁波的反射和折射课件.ppt

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1、第六章电磁波的反射和折射6.7对平面分界面的垂直入射6.8对平面分界面的斜入射6.7对平面分界面的垂直入射6.7.1对理想导体平面的垂直入射在图6.7.1中，设媒质1为自由空间，媒质2为理想导体。在分界面上取一点为坐标系的原点并取轴与分界面垂直，由媒质1指向媒质2。若极化的均匀平面波由自由空间入射到理想导体表面上，波矢量为图6.7.1均匀平面波对理想导体表面的垂直入射入射波电磁场分量为式中由于理想导体的电导率电磁波不能透入其中，因此，在理想导体中电磁场都等于零。电磁波在理想导体表面上被全部反射回来，形成向方向传播的反射波，其波矢量

2、为，其场分量为在自由空间中的合成电磁场为在处，利用电场强度切向分量连续的边界条件可得或于是，在的自由空间中的反射波为波在自由空间中的合成电磁场为合成电磁场的瞬时值为可见，合成电磁场的振幅随空间坐标按正弦函数分布，而在空间一点，电磁场随时间作简谐振动。这是一种驻波分布，如图6.7.2所示。图6.7.2合成电磁场的振幅随空间坐标的分布结论：当均匀平面波垂直入射到理想导体表面时，在表面上发生全反射，反射波与入射波的迭加在自由空间中形成驻波。其分布为：在或（）处，电场为零，磁场为最大值。我们称这样的点为电场波节点或磁场波腹点；在或处，磁场

3、为零，电场为最大值。我们称这样的点为磁场波节点或电场波腹点。在理想导体表面上，电场为零，磁场为最大值。根据边界条件可知，电磁波将在导体表面上感应出面电流，即处在自由空间中，波的平均坡印廷矢量为可见，驻波不能传输电磁能量，而只存在电场能和磁场能的相互转换。6.7.2对理想介质平面的垂直入射设x极化的均匀平面波从第一种介质垂直入射到分界面上，波将在分界面上发生反射和透射。入射波的波矢量为：反射波的波矢量为：介质1中入射波电磁场分量为：介质1中反射波电磁场分量为：介质1中合成波电磁场分量为：在介质2中，透射波向z方向传播，波矢量为：介质

4、2中透射波的电磁场分量为：在介质分界面（z=0）上，由边界条件可得：界面的反射系数定义为分界面上反射波与入射波电场之比，即：界面的传输系数定义为分界面上透射波与入射波电场之比，即：可以证明，波垂直入射到介质分界面上时，Г与T满足关系反射波透射波对于理想介质和一般的电介质，其磁导率μ非常接近于真空的磁导率μ0，因此，可简化为：可见，波在介质分界面上的反射和透射主要取决于两介质介电常数（或折射率）的差异。若ε1﹥ε2，则反射波电场与入射波电场同相；若ε1﹤ε2，则反射波电场与入射波电场反相。透射波电场与入射波电场总是同相的。一般情况下

5、媒质为导电媒质，其本征阻抗为复数，Г和T也为复数。这表明在分界面上的反射波和透射波还存在一个由界面决定的附加相移。频率为300MHz的线极化均匀平面电磁波，电场强度的振幅为2V/m，从空气垂直入射到的理想介质平面上，求：1）入射波的电场、磁场及入射功率2）反射波的电场、磁场及反射功率3）透射波的电场、磁场及透射功率例解：反射系数入射波反射波透射波波斜入射到两种不同媒质分界面上也将发生反射和折射，而且，界面对波的反射和折射与入射波的极化方式有关。为了描述波极化方式对反射、折射的影响，我们将分界面的法线与入射波射线构成的平面定义为入射

6、面，并规定：电场垂直于入射面的波为垂直极化波；电场平行于入射面的波为平行极化波。由于任意极化波可以视为上述两种极化波的迭加。下面我们分别讨论两种极化波对理想导体表面的斜入射和对理想介质表面的斜入射。6.8波对平面分界面的斜入射6.8.1波对理想导体表面的斜入射一、平行极化波的斜入射入射角θ的平行极化波在理想导体表面将被全反射，反射波角为θ′，入射波与反射波传播方向上的单位矢量及波矢量满足：波矢量由图可见所以，入射波电磁场分量为（忽略时间因子）：反射波电磁场分量为：于是反射平面左边空气中入射波与反射波的合成场分量为：因在导体表面上(

7、z=0)，由边界条件可知，合成电场的切向分量应为零，即：斯耐尔反射定律联立求解上式，可得反射面左边的电磁场分量为：结论：1.平行极化的平面波斜入射到理想导体表面被界面反射，反射波与入射波迭加，形成沿导体表面方向的传播波。其相速为2.合成波在Z方向不构成相位函数，因此在Z方向无波的传播。而沿x方向传播的非均匀平面波的振幅按或分布，故合成波在Z方向是驻波。合成波是一个向x方向传播的非均匀平面波。由于此平面波沿传播方向（x方向）不存在磁场分量，故称为横磁波或TM波。EzHy振幅最大波腹点Ex=0波节点EzHy波节点Ex波腹点如图，反射平

8、面左半空间的合成波电磁场分量为：二、垂直极化波的斜入射利用理想导体表面上(z=0)的边界条件，同样可得：由此可得：合成波是一个向x方向传播的非均匀平面波。由于此平面波沿传播方向（x方向）不存在电场分量，故称为横电波或TE波。2.在垂直于分界面的方向