第五章波的反射与折射及多层介质中波的传播2ppt课件

1、第五章第五章 波的反射与折射及多层介质中波的传播波的反射与折射及多层介质中波的传播 5.5 5.6导体可看成其介电常数的虚部比实部大得多的特殊介导体可看成其介电常数的虚部比实部大得多的特殊介质质, 其相对复介电常数中表示为其相对复介电常数中表示为如果实部近似为如果实部近似为1, 则虚部为则虚部为在微波频段，在微波频段，m的虚部比实部大的多的虚部比实部大的多这时不论这时不论TE模还是模还是TM模，纵向传播常数模，纵向传播常数kzm为为: 趋肤深度趋肤深度此时的波阻抗为：此时的波阻抗为： 1) 对于完纯导体，对于完纯导体，R，那么，那么 -1; 即当区即当区域域I用传输线等效时，区域用传输线等效时

2、，区域II的导体相当于短路。的导体相当于短路。 -1也表明在导体表面电场的切向分量的入射波与反射波有也表明在导体表面电场的切向分量的入射波与反射波有相移。相移。2) 对于非完纯导体，假设对于非完纯导体，假设足够大，只要区域足够大，只要区域II纵向纵向z的线度比趋肤深度的线度比趋肤深度大得多，就可认为区域大得多，就可认为区域II纵向趋于纵向趋于无限的。无限的。平面波垂直投射到完纯导体表面，相当于平面波垂直投射到完纯导体表面，相当于TEM模投射模投射到完纯导体表面，即到完纯导体表面，即E=Exx0和和H=Hyy0满足传输满足传输线模型线模型完纯导体即是完纯导体即是z=0处短路处短路模型模型参数参数

3、等效等效由复数表示与瞬时量的对应关系，得到：由复数表示与瞬时量的对应关系，得到： ExHyTE模模: 满足传输满足传输线方程线方程模型参数模型参数完纯导体相当于传完纯导体相当于传输线短路输线短路(z=0)电压、电流为电压、电流为: 短路线上的电压、电流分布是纯驻波。短路线上的电压、电流分布是纯驻波。瞬时值为瞬时值为: 两完纯导体平板两完纯导体平板间距为间距为d=n/kz时可导引电磁波时可导引电磁波波导波导离地面离地面80120km的电离层可看作等离子体的电离层可看作等离子体其介电常数为其介电常数为: 等离子体振荡频率等离子体振荡频率 p29106Hz当入射波当入射波 p, 可能小于可能小于1或

4、为负或为负数数等离子体等离子体 为负数时，相当于导体为负数时，相当于导体则电离层就相当于则电离层就相当于2-40的介质的介质 现在来考虑电离层的反射：现在来考虑电离层的反射：设入射角为设入射角为45，这样一个问题可用传输线模型来等效这样一个问题可用传输线模型来等效（这里（这里TE、TM一起考虑）一起考虑）波数为波数为则可得到各分量：则可得到各分量：为了保证波沿为了保证波沿z方方向衰减向衰减根据根据TE和和TM波的传输线模型，由传播常数波的传输线模型，由传播常数kz1, kz2可可得出相应的特征阻抗得出相应的特征阻抗Z1, Z2.代入代入得到得到模模(z=0)1相角相角场分布？场分布？椐所选取的

5、坐标系，椐所选取的坐标系，ky=0, 场在场在y方向上没有分量方向上没有分量x方向上的场为行波：方向上的场为行波： 传输线模型的传输线模型的V与与I表示的表示的是场沿是场沿z方向上的分布：方向上的分布：TE模：模：VEyTM模：模：IHy区域区域I传输线上的电压、传输线上的电压、电流分布为纯驻波电流分布为纯驻波由于由于则对应于则对应于TE模的第一个电压波模的第一个电压波节点节点则交界面处电压的模为则交界面处电压的模为: 由此可得出入射平面波为由此可得出入射平面波为TE时，时，空气一侧区域空气一侧区域I传输线上电压传输线上电压或电场或电场Ey的分布的分布在电离层区域在电离层区域II中，中，kz2

6、是虚数，场按是虚数，场按exp(-2.12k0z)衰减，没有波传播衰减，没有波传播.同理可得到同理可得到TM模的结果！模的结果！等离子体行波等离子体行波(f高于高于fp)等离子体行波等离子体行波(f低于低于fp)多层介质系统的相对介电常数沿多层介质系统的相对介电常数沿z分布如图所示分布如图所示Q: 要确定区域要确定区域I的反射波，区域的反射波，区域III中的透射波的大小中的透射波的大小及其传播方向，和及其传播方向，和n层介质内的场分布或波的传播层介质内的场分布或波的传播取本征坐标系取本征坐标系TE模：模： TM模：模：求解方法：求解方法：场量配匹法场量配匹法传输线模型法传输线模型法电压电压V(

7、z)、电流、电流I(z)与第与第j层介质中场量层介质中场量Ejy, Hjx的关系为的关系为: 其中模式函数其中模式函数j(x)的解的解形式相同，为形式相同，为:由边界条件得到由边界条件得到: 对应于第对应于第j层介层介质的传输线模质的传输线模型的参数为型的参数为: 传输常数传输常数特征阻抗特征阻抗在在z=0-处，反射系数为：处，反射系数为：区域区域I的电压、电流分的电压、电流分布为布为: 式中式中界面界面z=0处处V，I连续连续式中式中则区域则区域II中第中第1节传输线上的节传输线上的电压、电流分布为电压、电流分布为由此类推，可得到由此类推，可得到第第2,3n节线上的节线上的电压、电流分布！电压、电流分布！在区域在区域III，由，由于没有边界，没于没有边界，没有反射波，电压、有反射波，电压、电流只存在行波。电流只存在行波。电压、电流分电压、电流分布为布为: 00031kkk000224kk计算等效传输线参数计算等效传输线参数: 013212130sinkkkkkxxx02020212131232kkkkkkkxzz020202222275. 324kkkkkkxz3 .43532230001031kkZZz7 .19475. 375. 3000202