工程電磁場(chǎng)（第2版）課件 第六章 均勻平面波的反射與透射

CHAPTER均勻平面波的反射與透射第六章2第六章均勻平面波的反射和透射本章內(nèi)容6.1均勻平面波對(duì)分界面的垂直入射6.2均勻平面波對(duì)多層介質(zhì)分界面的垂直入射6.3均勻平面波對(duì)理想導(dǎo)體的斜入射6.4均勻平面波對(duì)介質(zhì)的斜入射6.5知識(shí)點(diǎn)拓展36.1均勻平面波對(duì)分界面的垂直入射6.1.1均勻平面波對(duì)理想導(dǎo)體分界面的垂直入射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)。

假設(shè)電場(chǎng)方向不變，而磁場(chǎng)方向反向

入射電磁波反射電磁波46.1均勻平面波對(duì)分界面的垂直入射當(dāng)時(shí)，電場(chǎng)需要滿足切向電場(chǎng)為0交界面上，入射電場(chǎng)與反射電場(chǎng)方向相反或相位差180°，磁場(chǎng)方向不變

在其他點(diǎn)上如何？？？56.1均勻平面波對(duì)分界面的垂直入射理想導(dǎo)體右邊總電磁場(chǎng)

時(shí)域表達(dá)式

總電磁場(chǎng)是純駐波66.1均勻平面波對(duì)分界面的垂直入射76.1均勻平面波對(duì)分界面的垂直入射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從理想介質(zhì)1垂直入射到理想介質(zhì)2的分界面上入射波

反射波

透射波

介質(zhì)1

介質(zhì)2波數(shù)

本征阻抗

86.1均勻平面波對(duì)分界面的垂直入射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)邊界條件當(dāng)介質(zhì)交界面位于可得

反射系數(shù)

透射系數(shù)

關(guān)系

96.1均勻平面波對(duì)分界面的垂直入射分界面兩側(cè)介質(zhì)內(nèi)的電磁場(chǎng)分別表示為：總電磁場(chǎng)是行駐波106.1均勻平面波對(duì)分界面的垂直入射116.1均勻平面波對(duì)分界面的垂直入射駐波系數(shù)

駐波比

可以證明

121314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。而透射波仍然為右旋圓極化波。156.1均勻平面波對(duì)分界面的垂直入射6.1.3均勻平面波對(duì)導(dǎo)電介質(zhì)分界面的垂直入射所不同的是：1)導(dǎo)電媒質(zhì)的本征阻抗為復(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、透射波和入射波存在相位差，相位差的大小由介質(zhì)特性決定，不再是0°或180°。1617186.1均勻平面波對(duì)分界面的垂直入射均勻平面波由理想介質(zhì)入射到的一般有耗介質(zhì)表面時(shí)，介質(zhì)分界面兩側(cè)的電磁場(chǎng)分布如下圖：196.2均勻平面波對(duì)多層介質(zhì)分界面的垂直入射6.2.1多層介質(zhì)的反射與透射對(duì)介質(zhì)1中+y方向極化入射平面波：反射波：表征介質(zhì)1中所有左行的電磁波與入射電磁波的比值

206.2均勻平面波對(duì)多層介質(zhì)分界面的垂直入射介質(zhì)1中的總電磁場(chǎng)：介質(zhì)2中的總電磁場(chǎng)：介質(zhì)3中的總電磁場(chǎng)：邊界S1：邊界S2的z=d處：216.2均勻平面波對(duì)多層介質(zhì)分界面的垂直入射等效本征阻抗：廣義反射系數(shù)：n層介質(zhì)的垂直入射問題：設(shè)電磁波從左邊第一層垂直入射，計(jì)算則從右邊開始遞推。226.2均勻平面波對(duì)多層介質(zhì)分界面的垂直入射6.2.21/4波長(zhǎng)匹配器對(duì)3層介質(zhì)情況下的電磁波垂直入射問題令單個(gè)匹配層的工作頻帶比較窄，為拓寬工作頻帶，可以采用多個(gè)1/4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：

令或使得電磁波在分界面1上無反射此時(shí)23246.2均勻平面波對(duì)多層介質(zhì)分界面的垂直入射6.2.3半波長(zhǎng)介質(zhì)窗對(duì)3層介質(zhì)情況下的電磁波垂直入射問題

令此時(shí)電磁波無損耗地通過了厚度為

2/2的介質(zhì)層（稱為介質(zhì)窗），只是相位偏移了180°。256.2均勻平面波對(duì)多層介質(zhì)分界面的垂直入射半波長(zhǎng)介質(zhì)窗有工作頻帶，電磁波只在時(shí)，反射系數(shù)趨近于0而透射系數(shù)約等于1，其他頻段，電磁波的反射將急劇增加。右圖為電磁波穿過介電常數(shù)為、厚度為5mm的介質(zhì)窗時(shí)，其反射系數(shù)和透射系數(shù)的變化。266.2均勻平面波對(duì)多層介質(zhì)分界面的垂直入射*6.2.4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)、酸雨、大雪、冰雹的影響,延長(zhǎng)了電子系統(tǒng)的工作壽命,提高飛行器的氣動(dòng)性能。天線罩單層由玻璃纖維增強(qiáng)塑料、陶瓷、合成橡膠以及整塊的泡沫塑料等制成。A-夾層是在兩個(gè)致密的薄介質(zhì)蒙皮之間插入低密度的芯子。一般用于飛行器上的鼻錐天線罩或流線型天線罩。

B-夾層C-夾層更多層結(jié)構(gòu)（按照橫截面結(jié)構(gòu)分類）276.3均勻平面波對(duì)理想導(dǎo)體的斜入射6.3.1菲涅爾反射定律z<0的空間為理想導(dǎo)體，電磁波以任意角度

i從空氣入射到導(dǎo)體表面。此時(shí)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。菲涅爾反射定律286.3均勻平面波對(duì)理想導(dǎo)體的斜入射6.3.2垂直極化波的斜入射反射波：入射波：296.3均勻平面波對(duì)理想導(dǎo)體的斜入射切向電場(chǎng)為0：反射系數(shù)z>0總電磁場(chǎng)為：306.3均勻平面波對(duì)理想導(dǎo)體的斜入射316.3均勻平面波對(duì)理想導(dǎo)體的斜入射6.3.3平行極化波的斜入射反射波：入射波：反射系數(shù)326.3均勻平面波對(duì)理想導(dǎo)體的斜入射336.4均勻平面波對(duì)介質(zhì)的斜入射垂直極化波

平行極化波

折射率：斯涅爾折射定律：346.4均勻平面波對(duì)介質(zhì)的斜入射6.4.1垂直極化波對(duì)理想介質(zhì)的斜入射356.4均勻平面波對(duì)介質(zhì)的斜入射反射系數(shù)：透射系數(shù)：366.4均勻平面波對(duì)介質(zhì)的斜入射6.4.2平行極化波對(duì)理想介質(zhì)的斜入射376.4均勻平面波對(duì)介質(zhì)的斜入射反射系數(shù)：透射系數(shù)：386.4均勻平面波對(duì)介質(zhì)的斜入射6.4.3全反射與全透射一、全反射平行極化波：垂直極化波：396.4均勻平面波對(duì)介質(zhì)的斜入射反射系數(shù)和透射系數(shù)仍為實(shí)數(shù)表面波、

透射波是非均勻平面波

光纖的應(yīng)用

全反射臨界角406.4均勻平面波對(duì)介質(zhì)的斜入射二、全透射令平行極化波布儒斯特角

對(duì)垂直極化波，不會(huì)發(fā)生全透射現(xiàn)象416.5知識(shí)點(diǎn)拓展6.5.1電磁散射與雷達(dá)隱身總場(chǎng)=入射場(chǎng)+散射場(chǎng)雷達(dá)工作原理：根據(jù)目標(biāo)對(duì)雷達(dá)波的散射能量來判定目標(biāo)的存在與否并確定目標(biāo)的位置。

一般復(fù)雜物體

1.來自物體表面上感應(yīng)電磁流和電荷的二次輻射；

2.散射方向圖取決于物體的形狀、大小、結(jié)構(gòu)和材料特性，以及入射波的頻率、極化等。426.5知識(shí)點(diǎn)拓展一、雷達(dá)截面（RCS）定量表征目標(biāo)散射強(qiáng)弱的物理量稱為目標(biāo)對(duì)入射雷達(dá)波的有效散射截面積，稱目標(biāo)的雷達(dá)截面，用

表示。雷達(dá)截面是下列因素的函數(shù)：436.5知識(shí)點(diǎn)拓展446.5知識(shí)點(diǎn)拓展二、目標(biāo)材料隱身技術(shù)減小軍事目標(biāo)RCS：當(dāng)RCS降低20dB和40dB時(shí)，雷達(dá)作用距離分別降低至原來的31.6％和10％。

具體技術(shù)：吸波材料隱身、外形隱身。

雷達(dá)吸波材料(RAM)的基本特點(diǎn)在于材料的折射率是復(fù)數(shù)，在磁效應(yīng)和電效應(yīng)的材料中，正是的虛部引起吸收損耗。電吸收材料。其損耗來自于材料的有限電導(dǎo)率。碳是最基本的吸收劑原料，用于微波暗室。磁吸收材料。磁偶極矩產(chǎn)生磁損耗，鐵氧化物(鐵氧體)和羰基鐵是其基本成分。456.5知識(shí)點(diǎn)拓展RAM吸收電磁波的基本要求是：入射波最大限度地進(jìn)入材料內(nèi)部而不在其前表面上反射，即材料的匹配特性；進(jìn)入材料內(nèi)部的電磁波能迅速地被材料吸收衰減掉，即材料的衰減特性。466.5知識(shí)點(diǎn)拓展三、目標(biāo)外形隱身技術(shù)外形隱身的方法：修改目標(biāo)的表面和邊緣，使其強(qiáng)散射方向偏離單站雷達(dá)來波方向而散射至威脅相對(duì)較小的空域中去。外形隱身技術(shù)的首要條件：要確定威脅區(qū)域。F-117A

476.5知識(shí)點(diǎn)拓展6.5.2復(fù)雜環(huán)境下的超高頻RFID技術(shù)一、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)概述典型的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)可分為3層：感知層（數(shù)據(jù)采集層）、網(wǎng)絡(luò)層（數(shù)據(jù)傳輸層）、各種場(chǎng)景下的應(yīng)用層。486.5知識(shí)點(diǎn)拓展二、RFID分類RFID（RadioFrequencyIDentification）與條形碼一樣，通過一串?dāng)?shù)字碼進(jìn)行物品的唯一識(shí)別。RFID分類：無源RFID：通常用于近距離識(shí)別。往往工作在較低頻段（125kHz、13.56MHz、900MHz等）。有源RFID：有效識(shí)別距離比無源RFID長(zhǎng)。往往工作于2.45GHz、5.8GHz等超高頻段，可同時(shí)識(shí)別多個(gè)電子標(biāo)簽。半有源RFID：兼顧無源RFID和有源RFID的優(yōu)點(diǎn)，一定程度上回避了各自缺點(diǎn)。496.5知識(shí)點(diǎn)拓展頻段供電工作原理有效識(shí)別距離多標(biāo)簽識(shí)別能力125kHz無源互感近無13.56kHz無源互感<5cm無900MHz無源電磁輻射<15cm有2.45GHz有源電磁輻射<100cm有5.8GHz有源電磁輻射<100cm有多個(gè)頻段RFID及其特性506.5知識(shí)點(diǎn)拓展三、超高頻RFID系統(tǒng)組成超高頻RFID系統(tǒng)由電子標(biāo)簽、天線、閱讀器和上位機(jī)軟件組成。電子標(biāo)簽：承載唯一的EPC碼，外加電磁波將EPC碼調(diào)制到載波上。天線：發(fā)射和接收電磁波的裝置。閱讀器：通過天線發(fā)射電磁波、接收調(diào)制電磁波并解調(diào)識(shí)別。上位機(jī)軟件：讓各種應(yīng)用軟件利用RFID數(shù)據(jù)處理各種應(yīng)用場(chǎng)景下的業(yè)務(wù)需求。516.5知識(shí)點(diǎn)拓展四、超高頻RFID系統(tǒng)無線信道分析超高頻RFID系統(tǒng)的天線和電子標(biāo)簽之間形成電磁波傳播的無線信道。增益RFID識(shí)別不暢的原因：電子標(biāo)簽處場(chǎng)強(qiáng)太弱，無法正常激活，可通過提高發(fā)射功率或更換高增益天線解決。電子標(biāo)簽成功激活，但返回閱讀器天線處功率太弱，低于閱讀器接收通道的檢測(cè)天平，可通過提高發(fā)射功率或更換高增益天線解決。無線信道中存在大量的電磁干擾，尤其是同頻干擾導(dǎo)致回波信號(hào)的信噪比太差?？赏ㄟ^更換優(yōu)質(zhì)的閱讀器、簡(jiǎn)化周邊環(huán)境、控制發(fā)射功率的方法解決問題。526.5知識(shí)點(diǎn)拓展閱讀器天線和電子標(biāo)簽天線之間存在極化角度，會(huì)存在極化損耗，降低了無線信道的增益。閱讀器天線和電子標(biāo)簽天線的輻射方向都具有空間選擇性，兩者之間的夾角會(huì)降低無線信道增益。閱讀器天線與電子標(biāo)簽之間存在金屬、水等物體的影響，從而降低無限信道增益。在設(shè)計(jì)復(fù)雜環(huán)境下的RFID系統(tǒng)方案中，需要充分考慮：1.確定閱讀器數(shù)量及安裝位置。2.確定電子標(biāo)簽的粘貼方式。3.確定每個(gè)閱讀器外接的天線數(shù)量、天線選型和天線的安裝位置及傾角。4.確定天線的發(fā)射功率及空口協(xié)議。536.5知識(shí)點(diǎn)拓展五、超高頻RFID系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)分析缺點(diǎn)：漏讀、串讀原因：1.出廠時(shí)電子標(biāo)簽性能的一致性差。

2.閱讀器天線輻射區(qū)域場(chǎng)強(qiáng)不均勻。

3.閱讀器天