第六章均匀平面波的反射与透射

1、电子工业出版社第六章第六章 均匀平面波的反射与透射均匀平面波的反射与透射 电磁波的传播与分布问题除了与基本方程电磁波的传播与分布问题除了与基本方程有关外，还与边界条件密切相关有关外，还与边界条件密切相关 6.1 均匀平面波对分界面的垂直入射均匀平面波对分界面的垂直入射 iimejkxyEEeiimejkxzEHe假设电场方向不变，而磁场方向反向假设电场方向不变，而磁场方向反向 rrmejkxyEEerrmejkxzE He6.1.1 均匀平面波对理想导体分界面的垂直入射均匀平面波对理想导体分界面的垂直入射 totirmmeejkxjkxyyEEEee0 x 电场需要满足切向电场为电场需要满足切

2、向电场为0 totirmm0ee0jkxjkxyxEEEerimmEE 交界面上，入射电场与反射电场方向相反或相位差180 其他点上如何？ 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 总场是纯驻波总场是纯驻波x 2 4t 0t 3

3、2t 74t 2t y x 4 34 t 2t 0t 4t 34t y 6.1.2均匀平面波对理想介质分界面的垂直入射均匀平面波对理想介质分界面的垂直入射2ttmejk xyEEe2ttm2ejk xzEHe1iimejk xyEEe1iim1ejk xzEHe1rrmejk xyEEe1rrm1ejk xzE He111k 222k 111222电磁波必须满足切向电场连续和切向磁场连续两个边界条件电磁波必须满足切向电场连续和切向磁场连续两个边界条件 irirttmmm000yyxxxEEEEEeEeirirttmm1m2000/zzxxxEEEHHeHeri21mm21EEti2mm212E

4、E2121 22121 当介质交界面位于当介质交界面位于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总场是行驻波总场是行驻波总场是行驻波总场是行驻波1max1min11ESE

5、 11SS i 2*2m1av1111Re122xESEHei 2*2m2av2221Re22xESEHe可以判断，反射波为左旋圆极化波，反射波发生了旋转反可以判断，反射波为左旋圆极化波，反射波发生了旋转反相，合成波变成了椭圆极化波。而透射波任然为右旋圆极相，合成波变成了椭圆极化波。而透射波任然为右旋圆极化波。化波。6.1.3均匀平面波对导电媒质分界面的垂直入射均匀平面波对导电媒质分界面的垂直入射2121 2212所不同的是：所不同的是：1)导电媒质的特征阻抗为复数，因此电场和磁场不同相；导电媒质的特征阻抗为复数，因此电场和磁场不同相；2)反射系数和透射系数此时均为复数，反射波、透射波和入反射

6、系数和透射系数此时均为复数，反射波、透射波和入射波存在相位差射波存在相位差3) 相位差的大小由介质特性决定，不再是相位差的大小由介质特性决定，不再是0或或180。反射波电场以及透射波电场与入射波电场的相移反射波电场以及透射波电场与入射波电场的相移分别为分别为179.42度和度和2.33度度一般有耗介质表面一般有耗介质表面 6.2 均匀平面波对多层介质分界面的垂直入射均匀平面波对多层介质分界面的垂直入射1i1mejk xyEEe1im11ejk xzEHe1r11mejk xyEEe1rm111ejk xzE He1表征介质表征介质1中所有左中所有左行的电磁波与入射电行的电磁波与入射电磁波的比值

7、磁波的比值 6.2.1多层媒质的反射与透射多层媒质的反射与透射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计算从右边开始递推计算从右边开始递推 6.

8、2.2 四分之一波长匹配器四分之一波长匹配器24d2(21)4nd22k d 2tg()k d 22ef3213ef110 121jj 23m1 2mm211EEjE 22223222ef222232tg()ee=eetg()jk djk djk djk djk djk d令令令令单层匹配层的工作频带比较窄单层匹配层的工作频带比较窄 1411iii 可以采用多个可以采用多个 波长匹配层，而每一层的特性波长匹配层，而每一层的特性阻抗与邻近介质层特性阻抗仍然满足阻抗与邻近介质层特性阻抗仍然满足 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 半波长介质窗半波长介质窗 *6.2.4 天线罩简介天线罩简介 在天线外面加一个天线罩可以使天线免受强风、酸在天线外面加一个天线罩可以使天线免受强风、酸雨、大雪、冰雹的影响雨、大雪、冰雹的影响,延长了电子系统的工作寿命延长了电子系统的工作寿命,提提高飞行器的气动性能高飞行器的气动性能 单层单层A

10、-夹层夹层B-夹层夹层C-夹层夹层更多层结构更多层结构 天线罩天线罩（按照横（按照横截面结构截面结构分类）分类）d20玻璃纤维增强塑料、陶玻璃纤维增强塑料、陶瓷、合成橡胶以及整块瓷、合成橡胶以及整块的泡沫塑料等制成的泡沫塑料等制成 在两个致密的薄介质蒙皮之间插入低密在两个致密的薄介质蒙皮之间插入低密度的芯子，玻璃纤维增强塑料或高频陶度的芯子，玻璃纤维增强塑料或高频陶瓷瓷 ，泡沫蜂窝结构，泡沫蜂窝结构 ，用于飞行器上的鼻，用于飞行器上的鼻锥天线罩或流线型天线罩锥天线罩或流线型天线罩 为提高透波特性、插入为提高透波特性、插入相移、工作带宽以及入相移、工作带宽以及入射角度宽度射角度宽度 6.3 均匀

11、平面波对理想导体的斜入射均匀平面波对理想导体的斜入射 6.3.1 斯耐尔反射定律斯耐尔反射定律 电磁场相对于交界面既具有电磁场相对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垂直极化电磁波 平行极化电磁波 入射平面入射平面 kz6.3.2 垂直极化波的斜入射垂直极化波的斜入射 iiii( sincos )mmeejjk xzyyEEk rEeeiiii( sincos )mm

12、(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 )e

13、jk xzjk xzxzxzEE HHHeeee=+isinm2ecoscos(cos )sinsin(cos )jkxxzEkzjkzee6.3.3 平行极化波的斜入射平行极化波的斜入射 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 均匀平面波对媒质的斜入射均匀平

14、面波对媒质的斜入射 irti1122sinsinknkn1111cncv 2222cncv 垂直极化电磁波垂直极化电磁波 平行极化电磁波平行极化电磁波 6.4.1 垂直极化波对理想介质的斜入射垂直极化波对理想介质的斜入射 iiii11ir1( sincos)( sincos)iimmeejkxzjkxzyyEEEEEeeiiii1iiii1i( sincos)irm11i( sincos)m1(cossin)e(cossin)ejkxzxzjkxzxzEEHHHeeeett2( sincos)ti2mejkxzyEEEettii2i( sincos)tm22(cossin)ejkxzxzE H

15、Hee1 ti1211(1)coscostiti2121coscoscoscos iti2212coscoscos6.4.2 平行极化波对理想介质的斜入射平行极化波对理想介质的斜入射 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/(1

16、)coscostiti12/12coscoscoscos iti2/122coscoscos6.4.3全反射与全折射全反射与全折射 一、全反射一、全反射t1i212sinsinnntiitiii2i2121/22121tg/cos/sintg/cos/sin iittiiiit21/221212/cos2sinsinsincos/cos/siniiitiiit221221sincos/sinsincos/sin tiitiii2212cos2sinsinsincos/sin12ti12ti2i1sini21sin2i1sin反射系数和透射系数仍为实数反射系数和透射系数仍为实数 /1 t221a

17、rcsin()c/1 tcosj 表面波表面波 透射波是非均透射波是非均匀平面波匀平面波 光纤的应用光纤的应用 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 平行极化波平行极化波 极化滤波的作用极化滤波的作用 布儒斯特角又称作极化角布儒斯特角又称作极化角 6.5电磁散射与雷达隐身电磁散射与雷达隐身 总场总场=入射场入射场+散射场散射场 物体表面上

18、感应物体表面上感应电磁流和电荷的电磁流和电荷的二次辐射二次辐射 取决于物体的取决于物体的形状、大小、形状、大小、结构和材料特结构和材料特性，以及入射性，以及入射波的频率、极波的频率、极化等化等 雷达工作原理雷达工作原理 一般复杂物体一般复杂物体 6.5.1雷达横截面雷达横截面(RCS)2222224 lim4 limEHEHssiiRRRR2222224lim4limEHEHssiiRRRR6.5.2 RCS预估技术预估技术重点讲解重点讲解L/diiiSpA/dsssSpA2222224lim4limd4lim4limdsisiRRiissRRSRRSAARRAAEE12 金属球金属球 2a几何光学理论具有计算简单，应用方便等优点，但是计算精度受到下列因素制约：1RCS决定于镜面点处的曲率半径，所以对平板或单曲率表面如圆柱等目标，由该式求解，将得到一个无限大的结果，因为此时表面的一个或两个曲率半径为无限大。2几何光学法要求散射体表面光滑，即曲率半径，因此对于棱边、拐角和尖顶是不能用几何光学方法处理的。3在焦散区或源区，射线管截面积变为零，由几何光学计算的场变为无限大，因此在这些区域不能应用几何光学。4认为阴影区域场为零，这与实际情况不符。6.