第六章均勻平面波的反射與透射

1、電子工業(yè)出版社第六章第六章 均勻平面波的反射與透射均勻平面波的反射與透射 電磁波的傳播與分布問題除了與基本方程電磁波的傳播與分布問題除了與基本方程有關(guān)外，還與邊界條件密切相關(guān)有關(guān)外，還與邊界條件密切相關(guān) 6.1 均勻平面波對(duì)分界面的垂直入射均勻平面波對(duì)分界面的垂直入射 iimejkxyEEeiimejkxzEHe假設(shè)電場(chǎng)方向不變，而磁場(chǎng)方向反向假設(shè)電場(chǎng)方向不變，而磁場(chǎng)方向反向 rrmejkxyEEerrmejkxzE He6.1.1 均勻平面波對(duì)理想導(dǎo)體分界面的垂直入射均勻平面波對(duì)理想導(dǎo)體分界面的垂直入射 totirmmeejkxjkxyyEEEee0 x 電場(chǎng)需要滿足切向電場(chǎng)為電場(chǎng)需要滿足切

2、向電場(chǎng)為0 totirmm0ee0jkxjkxyxEEEerimmEE 交界面上，入射電場(chǎng)與反射電場(chǎng)方向相反或相位差180 其他點(diǎn)上如何？ totiimmee2sinjkxjkxyyEjEkx Eeeiitotmm2eecosjkxjkxzzEEkxHeetottotiimm,ReeRe2sine2sinsinj tj tyyx tjEkxEkxtEE=eeiitottotmm22,ReeRecosecoscosj tj tzzEEx tkxkxtHHeex 2 4t 0t 32t 74t 2t y x 4 34 t 2t 0t 4t 34t y 總場(chǎng)是純駐波總場(chǎng)是純駐波x 2 4t 0t 3

3、2t 74t 2t y x 4 34 t 2t 0t 4t 34t y 6.1.2均勻平面波對(duì)理想介質(zhì)分界面的垂直入射均勻平面波對(duì)理想介質(zhì)分界面的垂直入射2ttmejk xyEEe2ttm2ejk xzEHe1iimejk xyEEe1iim1ejk xzEHe1rrmejk xyEEe1rrm1ejk xzE He111k 222k 111222電磁波必須滿足切向電場(chǎng)連續(xù)和切向磁場(chǎng)連續(xù)兩個(gè)邊界條件電磁波必須滿足切向電場(chǎng)連續(xù)和切向磁場(chǎng)連續(xù)兩個(gè)邊界條件 irirttmmm000yyxxxEEEEEeEeirirttmm1m2000/zzxxxEEEHHeHeri21mm21EEti2mm212E

4、E2121 22121 當(dāng)介質(zhì)交界面位于當(dāng)介質(zhì)交界面位于xd111()iim()rim()timeeejkx dyjkx dyjkx dyEEEEeEeEe111111irii1mmim1ee1eee 1e2sinjk xjk xjk xjk xjk xyyjk xyEEEjk xE = EEe= ee111111iiirmm111im11ee1eee 1e2cosjk xjk xjk xjk xjk xzzjk xzEEEjk xH = HHe= ee2ti2mejk xyEEEe2itm21ejk xzEH = He總場(chǎng)是行駐波總場(chǎng)是行駐波總場(chǎng)是行駐波總場(chǎng)是行駐波1max1min11ESE

5、 11SS i 2*2m1av1111Re122xESEHei 2*2m2av2221Re22xESEHe可以判斷，反射波為左旋圓極化波，反射波發(fā)生了旋轉(zhuǎn)反可以判斷，反射波為左旋圓極化波，反射波發(fā)生了旋轉(zhuǎn)反相，合成波變成了橢圓極化波。而透射波任然為右旋圓極相，合成波變成了橢圓極化波。而透射波任然為右旋圓極化波?；?。6.1.3均勻平面波對(duì)導(dǎo)電媒質(zhì)分界面的垂直入射均勻平面波對(duì)導(dǎo)電媒質(zhì)分界面的垂直入射2121 2212所不同的是：所不同的是：1)導(dǎo)電媒質(zhì)的特征阻抗為復(fù)數(shù)，因此電場(chǎng)和磁場(chǎng)不同相；導(dǎo)電媒質(zhì)的特征阻抗為復(fù)數(shù)，因此電場(chǎng)和磁場(chǎng)不同相；2)反射系數(shù)和透射系數(shù)此時(shí)均為復(fù)數(shù)，反射波、透射波和入反射

6、系數(shù)和透射系數(shù)此時(shí)均為復(fù)數(shù)，反射波、透射波和入射波存在相位差射波存在相位差3) 相位差的大小由介質(zhì)特性決定，不再是相位差的大小由介質(zhì)特性決定，不再是0或或180。反射波電場(chǎng)以及透射波電場(chǎng)與入射波電場(chǎng)的相移反射波電場(chǎng)以及透射波電場(chǎng)與入射波電場(chǎng)的相移分別為分別為179.42度和度和2.33度度一般有耗介質(zhì)表面一般有耗介質(zhì)表面 6.2 均勻平面波對(duì)多層介質(zhì)分界面的垂直入射均勻平面波對(duì)多層介質(zhì)分界面的垂直入射1i1mejk xyEEe1im11ejk xzEHe1r11mejk xyE Ee1rm111ejk xzE He1表征介質(zhì)表征介質(zhì)1中所有左中所有左行的電磁波與入射電行的電磁波與入射電磁波的比

7、值磁波的比值 6.2.1多層媒質(zhì)的反射與透射多層媒質(zhì)的反射與透射111m1eejk xjk xyEEe11m111eejk xjk xzEHe2222()()21m2()()m2122eeeejkx djkx dyjkx djkx dzEEEeHe3()31 2mejkx dtyE EE = e3()tm31 23ejkx dzE HH = e32232 32322 221121(ee)jk djk d 22112121(1)(ee)jk djk d22222ef22eeeejk djk djk djk def11ef1 221121eejk djk d計(jì)算從右邊開始遞推計(jì)算從右邊開始遞推 6

8、.2.2 四分之一波長(zhǎng)匹配器四分之一波長(zhǎng)匹配器24d2(21)4nd22k d 2tg()k d 22ef3213ef110 121jj 23m1 2mm211EEjE 22223222ef222232tg()ee=eetg()jk djk djk djk djk djk d令令令令單層匹配層的工作頻帶比較窄單層匹配層的工作頻帶比較窄 1411iii 可以采用多個(gè)可以采用多個(gè) 波長(zhǎng)匹配層，而每一層的特性波長(zhǎng)匹配層，而每一層的特性阻抗與鄰近介質(zhì)層特性阻抗仍然滿足阻抗與鄰近介質(zhì)層特性阻抗仍然滿足 010203040500.00.20.40.60.81.0f f / G H z / G H z |

9、| | |1322d2(21)2nd2k d2tg()0k d ef3110 121131 2mmmEEE 22223222ef222232tg()ee=eetg()jk djk djk djk djk djk d010203040500.00.20.40.60.81.0f f/GHz/GHz 6.2.3 半波長(zhǎng)介質(zhì)窗半波長(zhǎng)介質(zhì)窗 *6.2.4 天線罩簡(jiǎn)介天線罩簡(jiǎn)介 在天線外面加一個(gè)天線罩可以使天線免受強(qiáng)風(fēng)、酸在天線外面加一個(gè)天線罩可以使天線免受強(qiáng)風(fēng)、酸雨、大雪、冰雹的影響雨、大雪、冰雹的影響,延長(zhǎng)了電子系統(tǒng)的工作壽命延長(zhǎng)了電子系統(tǒng)的工作壽命,提提高飛行器的氣動(dòng)性能高飛行器的氣動(dòng)性能 單層單層

10、A-夾層夾層B-夾層夾層C-夾層夾層更多層結(jié)構(gòu)更多層結(jié)構(gòu) 天線罩天線罩（按照橫（按照橫截面結(jié)構(gòu)截面結(jié)構(gòu)分類）分類）d20玻璃纖維增強(qiáng)塑料、陶玻璃纖維增強(qiáng)塑料、陶瓷、合成橡膠以及整塊瓷、合成橡膠以及整塊的泡沫塑料等制成的泡沫塑料等制成 在兩個(gè)致密的薄介質(zhì)蒙皮之間插入低密在兩個(gè)致密的薄介質(zhì)蒙皮之間插入低密度的芯子，玻璃纖維增強(qiáng)塑料或高頻陶度的芯子，玻璃纖維增強(qiáng)塑料或高頻陶瓷瓷 ，泡沫蜂窩結(jié)構(gòu)，泡沫蜂窩結(jié)構(gòu) ，用于飛行器上的鼻，用于飛行器上的鼻錐天線罩或流線型天線罩錐天線罩或流線型天線罩 為提高透波特性、插入為提高透波特性、插入相移、工作帶寬以及入相移、工作帶寬以及入射角度寬度射角度寬度 6.3 均

11、勻平面波對(duì)理想導(dǎo)體的斜入射均勻平面波對(duì)理想導(dǎo)體的斜入射 6.3.1 斯耐爾反射定律斯耐爾反射定律 電磁場(chǎng)相對(duì)于交界面既具有電磁場(chǎng)相對(duì)于交界面既具有切向分量又具有法向分量切向分量又具有法向分量 iiiimiii( sincos)meejjkxzk rEEErrrrrrr( sincos)mmeejjkxzk rEEEiirririsinrsinmm()(ee)0zjk xjk xzeEEeEEir垂直極化電磁波 平行極化電磁波 入射平面入射平面 kz6.3.2 垂直極化波的斜入射垂直極化波的斜入射 iiii( sincos )mmeejjk xzyyEEk rEeeiiii( sincos )m

12、m(cossin )e(cossin )ejjk xzxzxzEEk rHeeeeirrr( sincos )mmeejjk xzyyEEk rEeerrrr( sincos )mm(cossin )e(cossin )jjk xzxzxzEEe k rHeeeeiri( sin )r( sin )mmee0jk xjk xyyEEEEEee+rmim1EE iri( sincos )i( sincos )mmisinmee2esin(cos )jk xzjk xzyyjkxyEEj EkzEEEeee+irii( sincos )( sincos )mm(cossin )e(cossin )

13、ejk xzjk xzxzxzEE HHHeeee=+isinm2ecoscos(cos )sinsin(cos )jkxxzEkzjkzee6.3.3 平行極化波的斜入射平行極化波的斜入射 iiii( sincos )mmeejjk xzyyEEk rHeeiiii( sincos )mm(cossin )e(cossin )ejjk xzxzxzEE k rEeeeerrrr( sincos )mmeejjk xzyyEEk rHeerrrr( sincos )mm(cossin )(cossin )jjk xzxzxzE eE ek rEeeee/1 6.4 均勻平面波對(duì)媒質(zhì)的斜入射均勻

14、平面波對(duì)媒質(zhì)的斜入射 irti1122sinsinknkn1111cncv 2222cncv 垂直極化電磁波垂直極化電磁波 平行極化電磁波平行極化電磁波 6.4.1 垂直極化波對(duì)理想介質(zhì)的斜入射垂直極化波對(duì)理想介質(zhì)的斜入射 iiii11ir1( sincos)( sincos)iimmeejkxzjkxzyyEEEEEeeiiii1iiii1i( sincos)irm11i( sincos)m1(cossin)e(cossin)ejkxzxzjkxzxzEEHHHeeeett2( sincos)ti2mejkxzyEEEettii2i( sincos)tm22(cossin)ejkxzxzE

15、HHee1 ti1211(1)coscostiti2121coscoscoscos iti2212coscoscos6.4.2 平行極化波對(duì)理想介質(zhì)的斜入射平行極化波對(duì)理想介質(zhì)的斜入射 iiii11ir1i( sincos)( sincos)m/11eejkxzjkxzyyEEHHHeeiiii1iiii1( sincos)iri1m( sincos)i/m(cossin)e(cossin)ejkxzxzjkxzxzEE EEEeeeett2i( sincos)tm2/2ejkxzyEHHetttt2( sincos)ti2/m(cossin)ejkxzxzE EEee/1211(1)ti/(

16、1)coscostiti12/12coscoscoscos iti2/122coscoscos6.4.3全反射與全折射全反射與全折射 一、全反射一、全反射t1i212sinsinnntiitiii2i2121/22121tg/cos/sintg/cos/sin iittiiiit21/221212/cos2sinsinsincos/cos/siniiitiiit221221sincos/sinsincos/sin tiitiii2212cos2sinsinsincos/sin12ti12ti2i1sini21sin2i1sin反射系數(shù)和透射系數(shù)仍為實(shí)數(shù)反射系數(shù)和透射系數(shù)仍為實(shí)數(shù) /1 t221

17、arcsin()c/1 tcosj 表面波表面波 透射波是非均透射波是非均勻平面波勻平面波 光纖的應(yīng)用光纖的應(yīng)用 二、全透射二、全透射tiitiii2i2121/22121tg/cos/sintg/cos/sin iittiiiit21/221212/cos2sinsinsincos/cos/sinii22211cossin0ii2222211(1 sin)sin2B12arcsin()布儒斯特角布儒斯特角 平行極化波平行極化波 極化濾波的作用極化濾波的作用 布儒斯特角又稱作極化角布儒斯特角又稱作極化角 6.5電磁散射與雷達(dá)隱身電磁散射與雷達(dá)隱身 總場(chǎng)總場(chǎng)=入射場(chǎng)入射場(chǎng)+散射場(chǎng)散射場(chǎng) 物體表面

18、上感應(yīng)物體表面上感應(yīng)電磁流和電荷的電磁流和電荷的二次輻射二次輻射 取決于物體的取決于物體的形狀、大小、形狀、大小、結(jié)構(gòu)和材料特結(jié)構(gòu)和材料特性，以及入射性，以及入射波的頻率、極波的頻率、極化等化等 雷達(dá)工作原理雷達(dá)工作原理 一般復(fù)雜物體一般復(fù)雜物體 6.5.1雷達(dá)橫截面雷達(dá)橫截面(RCS)2222224lim4limEHEHssiiRRRR2222224lim4limEHEHssiiRRRR6.5.2 RCS預(yù)估技術(shù)預(yù)估技術(shù)重點(diǎn)講解重點(diǎn)講解L/diiiSpA/dsssSpA2222224lim4limd4lim4limdsisiRRiissRRSRRSAARRAAEE12 金屬球金屬球 2a幾何光學(xué)理論具有計(jì)算簡(jiǎn)單，應(yīng)用方便等優(yōu)點(diǎn)，但是計(jì)算精度受到下列因素制約：1RCS決定于鏡面點(diǎn)處的曲率半徑，所以對(duì)平板或單曲率表面如圓柱等目標(biāo)，由該式