电磁波均匀平面波的反射与透射.pptx

物理电子学院 周俊第1页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 第一节第一节 均匀平面波对分界平面的垂直入射均匀平面波对分界平面的垂直入射第1页/共54页物理电子学院 周俊第2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 zx媒质媒质1：媒质媒质2：y第2页/共54页第3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3页/共54页第4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4页/共54页第5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5页/共54页第6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：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 第6页/共54页物理电子学院 周俊第7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：将产生趋肤效应第7页/共54页物理电子学院 周俊第8页对理想导体平面的垂直入射对理想导体平面的垂直入射已知：边界条件，入射波研究：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 得到得到 说明说明只有反射波，没有透射波只有反射波，没有透射波媒质媒质1 1为理想介质，为理想介质，1 10 0媒质媒质2 2为理想导体，为理想导体，2 2第8页/共54页物理电子学院 周俊第9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 x媒质媒质1：媒质媒质2：zz=0y第9页/共54页第10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10页/共54页第11页对于合成电场 时，时，对于合成磁场当时，时，当第11页/共54页物理电子学院 周俊第12页时，电磁场与电磁波 第六章_均匀平面波的反射与透射 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12页/共54页第13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13页/共54页第14页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 第六章_均匀平面波的反射与透射 第14页/共54页物理电子学院 周俊第15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 x介质介质 1：介质介质 2：zz=0y第15页/共54页物理电子学院 周俊第16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中的合成波的磁场第16页/共54页 合成波的特点（以电场为例）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这种由行波和纯驻波合成的波称为 行驻波（混合波）行驻波（混合波）合成波电场合成波电场 驻波电场驻波电场z 行波电场行波电场y第17页第17页/共54页 合成波电场振幅合成波电场振幅（0）当当21z=2n，即，即 z=n1/2 时，有时，有当当21z=(2n1)，即，即z=(n/2+1/4)1 时，有时，有 合成波合成波 电场振幅电场振幅 合成波电场合成波电场zy第18页第18页/共54页 合成波电场振幅合成波电场振幅（0 时合成波电场振幅时合成波电场振幅 0 时合成波电场振幅时合成波电场振幅电磁场与电磁波 第六章_均匀平面波的反射与透射 H最大，E 最小 边界边界z=0处合成波的电场和磁场振幅处合成波的电场和磁场振幅第20页/共54页 时，1 S 2 2；对全反射的进一步讨论对全反射的进一步讨论 i i c c 时，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。第42页/共54页全反射示意图全反射示意图第43页/共54页第44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 全透射现象全透射现象：反射系数为：反射系数为0 0 无反射波。无反射波。即 布儒斯特角 第44页/共54页物理电子学院 周俊第45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，故第45页/共54页物理电子学院 周俊第46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)：扩扩展展：任任意意极极化化波波以以 入入射射时时，反反射射波波中中只只有有垂垂直直极极化化分分量量，因此可用于极化滤波。因此可用于极化滤波。第46页/共54页第47页平行极化平行极化波对理想波对理想导体平面的斜入射导体平面的斜入射垂直极化垂直极化波对理想波对理想导体平面的斜入射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第47页/共54页垂直极化波对理想导体表面的斜入射垂直极化波对理想导体表面的斜入射 设媒质设媒质1 1为理想介质，媒质为理想介质，媒质2 2 为理想导电体，即为理想导电体，即则媒质则媒质 2 2 的波阻抗为的波阻抗为 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，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。入射波必然被全部反射。第48页/共54页媒质1中的合成波 合合成成波波是是沿沿 x x 方方向向的的行行波波，其其振振幅幅沿沿 z z 方方向向成成驻驻波波分分布布，是非均匀平面波；是非均匀平面波；合合成成波波电电场场垂垂直直于于传传播播方方向向，而而磁磁场场则则存存在在 x x 分分量量，这这种种波波 称为横电波，即称为横电波，即TE TE 波；波；合成波的特点合成波的特点第49页/共54页 在在 处处，合合成成波波电电场场E1=0，如如果果在在此此处处放放置置一一块无限大的理想导电平面，块无限大的理想导电平面，则不会破坏原来的场分布，则不会破坏原来的场分布，这就意味着在两块相互平行这就意味着在两块相互平行 的无限大理想导电平面之间的无限大理想导电平面之间 可以传播可以传播TE波。波。TE 波的平均能流密度矢量波的平均能流密度矢量0 xz第50页第50页/共54页平行极化波对理想导体表面的斜入射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，则第51页/共54页 合成波是沿合成波是沿x方向的行波，方向的行波，其振幅沿其振幅沿 z 方向成驻波分方向成驻波分 布，是非均匀平面波；布，是非均匀平面波；合成波磁场垂直于传播方合成波磁场垂直于传播方 向，而电场则存在向，而电场则存在x分量，分量，这种波这种波 称为横磁波，即称为横磁波，即 TM 波；波；合成波的特点合成波的特点 在在 处处，合合成成波波电电场场的的E1x=0，如如果果在在此此处处 放放置置一一块块无无限限大大的的理理想想导导电电平平面面，则则不不会会破破坏坏原原来来的的场场分分布布，这这就就意意味味着着在在两两块块相相互互平平行行的的无无限限大大理理想想导导电电平平面面之之间间可可以以传播传播 T M 波。波。ozxO第52页第52页/共54页本章结束本章结束第53页/共54页感谢您的观看！第54页/共54页