电磁波第六章均匀平面波的反射与透射.ppt

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1、无无无无忧忧PPTPPT整理整理整理整理发发布布布布电磁场与电磁波电磁场与电磁波物理电子学院周俊第六章第六章 均匀平面波的反射与透射均匀平面波的反射与透射边界条件边界条件入射波（已知）反射波（未知）入射波（已知）反射波（未知）透射波（未知）透射波（未知）现象：现象：电磁波入射到不同媒质分界面上时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，一部分波被分界面反射，一部分波透过分界面一部分波透过分界面 入射方式：垂直入射、斜入射入射方式：垂直入射、斜入射；媒质类型：媒质类型：导电媒质、理想导体、理想介质导电媒质、理想导体、理想介质;分析方法：分析方法：电磁场与电磁波电磁场与电磁波 第六章第

2、六章_均匀平面波的反射与透射均匀平面波的反射与透射 第2页均匀平面波垂直入射到两种不同媒均匀平面波垂直入射到两种不同媒质的分界平面质的分界平面物理电子学院 周俊第3页6.1.1 对导电媒质分界面的垂直入射对导电媒质分界面的垂直入射电磁场与电磁波电磁场与电磁波 第六章第六章_均匀平面波的反射与透射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物理电子学院 周俊第4页1、2 区的区的 1区区(z 0)：问题：沿问题：沿x方向极化的均匀平面波方向极化的均匀平面波从媒质从媒质1垂直入射到与导电媒质垂直入射到与导电媒质 2的分界平面上。的分界平面上。有

3、入射波、反射波、传输波有入射波、反射波、传输波(透射波透射波)给定：给定：入射波、边界条件，入射波、边界条件，求：求：反射波和传输波反射波和传输波。电磁场与电磁波电磁场与电磁波 第六章第六章_均匀平面波的反射与透射均匀平面波的反射与透射 zx媒质媒质1：媒质媒质2：y第5页设设入射波入射波为：为：反射波反射波为：为：媒质媒质1 1的合成电场的合成电场 合成磁场合成磁场 媒质媒质1 1中波是入射波和反射波的叠加，因此：中波是入射波和反射波的叠加，因此：第6页透射波透射波为：为：媒质媒质2 2的合成电场的合成电场 合成磁场合成磁场 媒质媒质2 2中只有透射波，因此：中只有透射波，因此：第7页在分界

4、面在分界面z=0处，电场强度和磁场强度的切向分量连续：处，电场强度和磁场强度的切向分量连续：即边界条件：即边界条件：z=0，电磁场与电磁波电磁场与电磁波 第六章第六章_均匀平面波的反射与透射均匀平面波的反射与透射 将将 联立解之，得联立解之，得 反射系数反射系数 透射系数透射系数 第8页反射系数反射系数：反射波电场的振幅与入射波电场振幅之比：反射波电场的振幅与入射波电场振幅之比 透射系数透射系数：透射波电场的振幅与入射波电场振幅之比：透射波电场的振幅与入射波电场振幅之比的关系：的关系：和和 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

5、 电磁场与电磁波电磁场与电磁波 第六章第六章_均匀平面波的反射与透射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：为了加深理解，讨论几种特殊情况：(2)媒质媒质2为理想导体为理想导体即即 全反射全反射(1)两种媒质参量相同两种媒质参量相同全传输全传输 物理电子学院 周俊第9页良导体良导体反射大、透射小反射大、透射小：电磁波很难进入良导体内部：电磁波很难进入良导体内部(4)两理想介质的分界面，即两理想介质的分界面，即 1=1=2=02=0，则得到实数值的，则得到实数值的电磁场与电磁波电磁场与电磁波 第六章第六章_均匀平面波的反射与透射均匀平面波的反射与透射(3)媒质媒质1为空气，媒质为

6、空气，媒质2为良导体：将产生为良导体：将产生趋肤效应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对理想导体平面的垂直入射已知已知：边界条件，入射波：边界条件，入射波研究研究：反射波，透射波：反射波，透射波设：波沿设：波沿 x 方向极化方向极化电磁场与电磁波电磁场与电磁波 第六章第六章_均匀平面波的反射与透射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物理电子学院 周俊第11页入射波：入射波：反射波：反射波：注意：注意：由于反射波沿由于

7、反射波沿-z-z方向传播，方向传播，与与符号相反符号相反电磁场与电磁波电磁场与电磁波 第六章第六章_均匀平面波的反射与透射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12页合成电场合成电场为为(省略了时间因子省略了时间因子)在导体表面在导体表面，故，故瞬时值形式：瞬时值形式：Ex具有驻波分布具有驻波分布(或直接由或直接由 得到得到)合成磁场合成磁场Hy具有驻波分布具有驻波分布第13页对于合成电场对于合成电场 时，时，时，时，对于合成磁场对于合成磁场当当时，时，时，时，当当物理电子学院 周俊第14页时，时，电磁场与电磁波电磁场与电磁波 第六章第六章_均匀平面波的反射与透射均匀平

8、面波的反射与透射 合成的电场磁场在空间仍相互垂直，振幅仍差合成的电场磁场在空间仍相互垂直，振幅仍差 倍，但形成了倍，但形成了驻波：振幅随驻波：振幅随 z 作正弦变化，相位与作正弦变化，相位与 z 无关，无波动性，故称为驻无关，无波动性，故称为驻波波；结论结论 电场的零点磁场为最大点电场的零点磁场为最大点磁场的零点为电场的最大点磁场的零点为电场的最大点零点零点波节波节 ，最大点，最大点波腹波腹 电场磁场在时间上有电场磁场在时间上有的相移的相移 ,电场磁场在空间上错开电场磁场在空间上错开第15页 平均坡印廷矢量：平均坡印廷矢量：能量在能量在 空间空间(两个波节间两个波节间)进行电能与磁能的交换进行

9、电能与磁能的交换；导体表面感应电流密度：导体表面感应电流密度：说明驻波不传输能量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。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对理想介质分界面的垂直入射均为实数，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同相；反射波电场与入射波电场反相。反射波电场与入射波电场反相。电磁场与电磁波电磁场与电磁波 第六章第六章_均匀平面波的反射与透射均匀平面波的反射与透射 物理电子学院 周俊第17页媒质媒质1的合成波：的合成波：媒质媒质2的透射波：的透射波：电磁场与电磁波电

10、磁场与电磁波 第六章第六章_均匀平面波的反射与透射均匀平面波的反射与透射 x介质介质 1：介质介质 2：zz=0y物理电子学院 周俊第18页媒质媒质1中的合成波的中的合成波的电场电场电磁场与电磁波电磁场与电磁波 第六章第六章_均匀平面波的反射与透射均匀平面波的反射与透射 媒质媒质1中的合成波的中的合成波的磁场磁场 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19页 合成波电场振幅合成波电场振幅（0）当当21z=2n，即，即 z=n1

11、/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20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电磁场与电磁波 第六章第六章_均匀平面波的反射与透射均匀平面波的反射与透射 H最大，最大，E 最小最小 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 时，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透射波仍然是沿分界

12、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。这种波称为方向上按指数规律衰减。这种波称为表面波表面波。全反射示意图全反射示意图第46页对于平行极化波对于平行极化波 ，有，有 解之，有解之，有 电磁场与电磁波电磁场与电磁波 第六章第六章_均匀平面波的反射与透射均匀平面波的反射与透射 2.2.全透射和布儒斯特角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。即即 布儒斯特角布儒斯特角 物理电子学院 周俊第47页说明说明对于平行极化波，如果入射角为对于平行极化波，如果入射角为B时，全部能量将入时，全部能量将入2区，区，没有反射波没有反射波(全传输

13、全传输)，B称为极化角或布儒斯特角称为极化角或布儒斯特角 相反，对于垂直极化波相反，对于垂直极化波 要求要求 然而然而 对于垂直极化，不可能发生全传输，或多或少总有反射。对于垂直极化，不可能发生全传输，或多或少总有反射。电磁场与电磁波电磁场与电磁波 第六章第六章_均匀平面波的反射与透射均匀平面波的反射与透射，故，故物理电子学院 周俊第48页 当当平行极化波发生全透射，反射波中平行极化波发生全透射，反射波中只有垂直极化分量只有垂直极化分量极化滤波极化滤波 产生全透射时，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。在非磁性媒质中，垂直极化入射的波不会产生全透射。电磁场与电磁波电磁

14、场与电磁波 第六章第六章_均匀平面波的反射与透射均匀平面波的反射与透射 小结：小结：全透射现象：反射系数为全透射现象：反射系数为0 无反射波无反射波布儒斯特角布儒斯特角(非磁性媒质非磁性媒质)：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49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电磁场与电磁波 第六章第六章_均匀平面波的反射与透射均匀平面波的反射与透射 第四节第四节 均匀平面波对理想导体平面的

15、斜入射均匀平面波对理想导体平面的斜入射平行极化波平行极化波：电场在入射平面内：电场在入射平面内 垂直极化波垂直极化波：电场垂直于入射平面：电场垂直于入射平面6.4.1 6.4.1 6.4.1 6.4.1 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

16、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。媒质媒质1 1中的合成波中的合成波 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 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

17、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52页6.4.2 6.4.2 6.4.2 6.4.2 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媒质1 1中的合成波中的合成波由于由于，则，则 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54页本章结束