电磁波反射与透射
电磁波的反射和透射
电磁波的反射和透射电磁波的反射系数和透射系数反射系数（reflectioncoefficient）是指光（入射光）投向物体时，其表面反射光的强度与入射光的强度之比值。
受入射光的投射角度、强度、波长、物体表面材料的性质以及反射光的测量角度等因素影响。
1931年英国帝国化学工业公司（ICI）规定，在入射光的投射角度为45度的情况下，用入射光的强度与此时测得的垂直于客体表面的反射光的强度之比得到的系数值，称为扩散反射系数。
一般来讲，在颜色系列中，黑色的反射系数较小，为0.03；白色的反射系数较大，为0.8。
反射系数反射电压与入射电压之比(Z1-Z0)/(Z1+Z0)折射率T=1-R一、公式电压反射系数：电流反射系数：反射光振幅与入射光振幅的比值,其数值多以百分数表示。
反射系数的平方称为反射率。
在电磁波在介质界面的传播中，透射率为T=1R。
因为所以其中称为终端反射系数。
对均匀无耗传输线，任意点反射系数大小均相等，沿线只有相位按周期变化，其周期为λ/2，因此称反射系数具有λ/2重复性。
反射系数与透射系数(reflection/transmissioncoefficient)当电磁波由一个磁导率为μ1、介电常数为ε1的均匀介质，进入另一个具有磁导率为μ2、介电常数为ε2的均匀介质时，一部分电磁波在界面上被反射回来，另一分电磁波则透射过去。
反射波与透射波的振幅同入射波振幅之比，分别称之为反射系数与透射系数。
斜入射的情况下，利用光学的反射和折射公式极为方便。
但是，在平面波对平面边界垂直人射的情况下，例如在传输线、波导及某些自由波的情形，波阻抗和特性阻抗的概念是有用的。
对于玻璃，反射系数大约为0.3。
其他材料未知。
光的全反射与透射
光的全反射与透射光是一种电磁波，它在不同介质之间传播时，通常会发生全反射与透射的现象。
本文将重点讨论光的全反射与透射，并探究其原理及应用。
一、全反射当光从一种光密介质射入另一种光疏介质时，入射角大于临界角时，光会完全反射回原介质，而不发生折射现象。
这种现象称为全反射。
光的全反射遵循斯涅尔定律，即入射角和折射角之间的正弦值之比等于两种介质的折射率之比。
当入射角等于临界角时，光沿界面传播的方向变成平行于界面，无法透射到第二种介质中。
全反射在很多实际应用中起到重要的作用。
例如，小钢球放在水面上会有一种幻觉效果，这是因为光在玻璃球与水之间发生了全反射；光纤通信中，信号的传输就是基于光的全反射原理。
全反射还被广泛应用于显微镜、光导纤维、激光等各种光学设备中。
二、透射透射是光从一种介质中穿过另一种介质并改变传播方向的现象。
当光从一种光密介质进入光疏介质时，入射角小于临界角，光会发生折射，并在第二个介质中继续传播。
透射现象在我们日常生活中随处可见。
当我们在暗室中打开门，光线透过门的缝隙照射到屋内；当我们戴上眼镜时，眼镜的镜片就起到了透射光线的作用。
透射的实际应用非常广泛，如光学仪器、摄影、眼镜、放大镜等。
三、正总反射与负折射除了全反射和透射以外，还存在正总反射和负折射的特殊现象。
当光从光密介质射入光疏介质，入射角大于临界角时，光会在界面上经历一次全反射，并且在全反射的过程中发生相位反转，这称为正总反射。
负折射是一种光学现象，光在正常情况下，光线入射角越大，折射角越小。
但在某些特殊材料中，随着入射角的增大，折射角反而增大，这种现象称为负折射。
四、应用领域光的全反射与透射在多个领域得到应用。
以下是其中一些典型的应用：1. 光纤通信：光纤通信是一种利用光的全反射传输信号的技术。
光信号通过光纤中的全反射来传输，并能在长距离内保持信号的稳定和高速传输。
2. 显微镜：显微镜利用透射原理观察微小物体，通过透射光学系统放大和聚焦物体的影像，使我们能够清晰地看到微观世界。
光的反射与透射
光的反射与透射光是一种电磁波，当光遇到物体时，会发生反射和透射现象。
反射是指光线遇到物体表面时改变方向的过程，透射则是光线穿过物体继续传播的现象。
在本文中，我们将探讨光的反射和透射及其相关理论。
一、反射1. 反射定律当光线从一种介质射向界面上的另一种介质时，会根据反射定律发生反射。
反射定律表明入射角与反射角相等，即入射光线、反射光线和法线三者在同一平面内。
2. 镜面反射镜面反射是一种发生在光线与光滑表面相交时的反射现象。
在镜面反射中，入射光线与反射光线的角度相等，并且反射光线朝着与入射光线相对称的方向传播。
这种反射现象在镜子、金属表面等光滑表面上常见。
3. 散射散射是指当光线遇到粗糙表面或颗粒物时，光线会以多个不同的方向反射。
散射造成了物体周围的环境看起来均匀发光，例如天空的蓝色就是由于大气中的空气分子对太阳光的散射。
二、透射1. 透射定律当光线从一种介质射向另一种介质时，如果没有发生反射，则发生透射。
透射定律表明入射角、透射角和两种介质的折射率之间存在一定的关系。
2. 折射折射是指当光线从一种介质进入另一种介质后改变方向的现象。
光线在折射时会发生速度和方向的变化，这是由于不同介质具有不同的折射率导致的。
著名的斯内尔定律描述了入射角、折射角和两种介质的折射率之间的关系。
3. 全反射当光线从光密介质射向光疏介质时，入射角超过了临界角，全部发生反射而没有透射。
这种现象称为全反射，常见于光线从光纤或水面射出时。
全反射在通信、显微镜等领域有着广泛的应用。
三、应用与意义光的反射和透射是光学原理的基础，深入理解这些现象对于实际应用有着重要的意义。
1. 镜子：镜子是利用光的镜面反射原理制成的，用于反射光线以产生清晰的像。
2. 光导纤维：光导纤维是利用光的全反射原理传输光信号的技术，广泛应用于通信领域。
3. 透镜与棱镜：透镜和棱镜利用光的折射原理来聚焦、分光，广泛应用于光学仪器、眼镜等设备中。
4. 光学薄膜：光学薄膜利用光的干涉现象来实现对特定波长光的选择性透过或反射，常用于光学器件与激光系统中。
电磁波的反射和折射现象实验
电磁波的反射和折射现象实验电磁波是一种广泛存在于自然界中的波动现象，其反射和折射现象在我们的日常生活中随处可见。
为了更好地理解这些现象，我们可以进行一系列的实验来观察和研究。
一、实验准备在开始实验之前，我们需要准备一些实验器材和材料。
首先，我们需要一台电磁波发射器，它可以产生不同频率的电磁波。
其次，我们需要一块平整的反射板和一块透明的折射板。
此外，我们还需要一些测量工具，如直尺、量角器和光电传感器等。
二、反射实验我们首先进行反射实验。
将电磁波发射器放置在一定距离的位置上，使其与反射板垂直放置。
然后，调整发射器的频率，让电磁波射向反射板。
在反射板上，我们可以观察到电磁波的反射现象。
通过测量反射角和入射角的大小，我们可以利用反射定律来计算电磁波的反射率。
反射定律表明，入射角和反射角之间的关系是相等的。
通过多次实验，我们可以得出反射率与入射角的关系，并绘制出反射率的曲线。
三、折射实验接下来，我们进行折射实验。
将电磁波发射器放置在与折射板垂直的位置上，调整发射器的频率，使电磁波射向折射板。
在折射板上，我们可以观察到电磁波的折射现象。
通过测量入射角和折射角的大小，我们可以利用折射定律来计算电磁波的折射率。
折射定律表明，入射角和折射角之间的关系可以用折射率的比值来表示。
通过多次实验，我们可以得出折射率与入射角的关系，并绘制出折射率的曲线。
四、反射和折射的应用反射和折射现象在日常生活中有着广泛的应用。
例如，我们常见的镜子就是利用反射现象制成的。
当光线射向镜子时，它会被镜子反射回来，形成我们所看到的影像。
同样，折射现象也被广泛应用于光学器件中，如透镜和棱镜等。
在光纤通信中，折射现象也扮演着重要的角色。
光纤中的光信号通过多次的反射和折射，可以在光纤中传输很长的距离而几乎不损失能量。
这使得光纤通信成为了现代通信技术中的重要组成部分。
五、实验的局限性和改进尽管反射和折射实验可以帮助我们更好地理解电磁波的行为，但是实验中仍然存在一些局限性。
电磁波的反射与折射：电磁波的反射和折射现象
电磁波的反射与折射：电磁波的反射和折射现象电磁波是一种以电场和磁场一起传播的能量波动，它在空间中的传播是通过电场的变化而引起磁场的变化，进而再引起电场的变化，如此循环往复。
电磁波在传播过程中会遇到不同材料的界面，会发生反射和折射现象。
反射是指电磁波遇到界面时，部分能量被原路反射回去，另一部分则继续传播；折射是指电磁波在通过界面时改变了传播方向。
当电磁波传播到一个界面时，其中一部分能量会被界面反射回去。
电磁波在垂直入射时，反射角等于入射角。
这是因为在垂直入射时，电磁波传播的方向与垂直界面的法线相同，所以反射角等于入射角。
而对于斜入射的电磁波来说，反射角与入射角不相等。
这是因为斜入射时，波的传播方向与界面法线不重合，所以反射角与入射角不相等。
反射的现象可以用光线的传播来解释。
当光线从空气射向水面时，部分光线会被水面反射回来。
反射光线的方向和入射光线的方向在水面法线上呈等角关系。
我们可以观察到，当我们看向水面时，我们可以看到水面上的物体的倒影。
这就是因为光线被反射了。
类似的现象也可以在其他介质之间发生，不论是透明的还是不透明的材料都会发生反射现象。
除了反射，电磁波在传播过程中还会发生折射。
折射是指电磁波从一种介质传播到另一种介质时，传播方向发生改变的现象。
当电磁波从一种介质传播到另一种介质时，介质的光密度不同会引起电磁波的传播速度发生改变，从而导致传播方向的改变。
根据斯涅尔定律，折射光线的入射角和折射角满足一定的关系，即光的入射角与折射角之间的正弦比与两种介质的光密度之比相等。
我们可以用光的折射来解释折射的现象。
当光从空气射入水中时，由于水的光密度大于空气，光的传播速度减小，光线的弯曲度变小，所以光线离法线的角度变小。
相应地，入射角变大，使得折射角变小。
这就是为什么我们看到水面时，物体的位置似乎比实际位置更高的原因。
反射和折射是电磁波在传播过程中常见的现象。
它们可以通过光的传播来很好地解释。
了解反射和折射的原理和规律，有助于我们更好地理解电磁波的传播特性，也有助于应用这些现象进行技术开发。
电磁波在不同分界面的反射与透射的简单分析
目录摘要 (1)关键词 (1)Abstract (1)Key words (1)引言（或绪论） (1)1 理论基础 (2)1.1 均匀平面波 (2)1.2对导电媒质分界面的垂直入射 (2)1.3全反射与全透射 (3)2 均匀平面波对理想介质分界面的斜入射 (4)2.1垂直极化波 (4)2.2平行极化波 (6)3 均匀平面波对理想导体分界面的斜入射 (4)3.1垂直极化波 (9)3.2平行极化波 (9)参考文献 (10)电磁波在不同分界面的反射与透射的简单分析摘要：由于不同媒质其媒质参数不同, 电磁波入射到媒质分界面时会产生反射和透射现象。
通过对电磁波在分界面上反射和透射的理论分析, 讨论反射波、透射波振幅、方向随入射角的变化。
关键词：边界条件; 反射系数; 平行极化;全反射Reflection and transmission characteristics of electromagnetic waves on interface of different mediumsStudent majoring in elecnomic information engineering JingXinpingTutor Jinhua OuyangAbstract：Due to the different parameters with different mediums, electromagneticwaves incidencing on the interface between mediums will produce the phenomenon ofreflection and transmission. This paper discusses amplitude, direction characteristics of reflected wave and transmission wave versus the angle of incidence throughanalyzing the formula.Key words: boundary condition; reflection coefficient;parallel polarization; allreflection引言随着电磁波技术在通讯、勘探等诸多领域的不断发展, 电磁波在介质中的传播问题也越来越重要[ 1] 。
电磁波的反射与透射
电磁波的反射与透射电磁波是一种电场和磁场交替传播的波动现象，可以在真空和物质介质中传播。
在传播过程中，电磁波会与物体相互作用，其中最常见的两种作用是反射和透射。
本文将对电磁波的反射与透射进行详细探讨。
一、电磁波的反射1. 反射现象当一束电磁波照射到平滑的边界上时，会发生反射现象。
反射是指电磁波在边界上遇到阻碍后，按照一定的规律回到原来的介质中。
2. 反射定律根据反射定律，入射角、反射角和垂直于边界的法线之间的夹角满足如下关系：入射角 = 反射角3. 反射特点- 反射会使电磁波改变传播的方向，但不会改变其频率；- 反射会导致电磁波的强度发生变化，与入射角、反射系数等因素有关；- 反射现象可以用来解释很多实际现象，如镜子中的反射和声纳测距中的原理等。
二、电磁波的透射1. 透射现象当一束电磁波照射到透明介质的边界上时，一部分电磁波会穿过界面进入到介质中，这种现象称为透射。
2. 透射定律透射定律可以描述透射过程中入射角、透射角和垂直于边界的法线之间的关系：n1sinθ1 = n2sinθ2其中，n1和n2分别是入射介质和透射介质的折射率，θ1和θ2分别是入射角和透射角。
3. 透射特点- 透射会使电磁波改变传播的方向和速度，同时也会改变其频率；- 透射系数可以用来表示电磁波透射过程中的能量损失；- 透射也是很多实际应用的基础，如光纤通信和太阳能电池等。
三、电磁波的反射与透射的应用1. 光的反射与透射光的反射与透射现象应用广泛，如镜子的制作、光的折射现象、实现光的隔离等。
2. 电磁波在无线通信中的应用电磁波的反射与透射在无线通信领域也发挥着重要作用。
通过合理布置天线和准确控制电磁波的反射和透射，可以实现无线信号在建筑物和地形中的传播和覆盖。
3. 电磁波在雷达中的应用雷达是一种利用电磁波的反射和透射原理来探测目标物体的技术。
通过测量电磁波的反射时间和强度，可以获取目标物体的位置、速度和形状等信息。
总结：电磁波的反射与透射是电磁波与物体相互作用的重要表现形式。
反射波和透射波
kt
ki r kr r kt r r |z0 xex
∴ ki r k1x sini
i r
kr r k1x sinr k1 sinr k2 sint
2 1
nt i r
x
kt r k2 x sint
ki
kr
6·2 均匀平面波对分界面的垂直入射
❖本节以入射波为z (ek=ez )方向的线极化波为例进行讨论
2 2
2
2
E e E e e 2
x
io
1
H1
ey
Eio
1
e e jk1z
jk1z
H2
ey
2
Eioe
2 2 z j
2e
2 2 z 2
1
将此与Ⅱ为理想导体时的场解相比，可见Ⅰ中的情况完全相同
而Ⅱ中不仅有一随传播距离衰减很快的量还有色散
② 对低损耗媒质进行分析 (良导体)
⑵ 功耗与电流 2
H1 ]
Re[ez
j
4
1
Ei2o
sin
k1z
cos k1z]
0
这说明单位面积上没有有功率穿过，即不传递能量
4、相速度VP=
t 等相位0
？ ∵是理想介质：∴
t
VP
Z Ve
0 VP
dz dt
p 0
w
0
二、Ⅱ为理想介质（1＝2＝0）
① 求解：
1、选择如图所示坐标，则：en=ez 且设et=ex(不失一般性)，
在Ⅱ为介质的空间内有一随传播距离而缓慢衰减的量
其它特性都一样
② 对低损耗媒质进行分析
2、Ⅱ为良导体：( 100 )
⑴ 场解
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
8
合成波的特点
媒质1中的合成波是驻波。 电场振幅的最大值为2Eim， 最小值为0 ；磁场振幅的最 大值为2Eim /η1，最小值也 为0。
电场波节点（ E1(z) 的最小值的位置）：
1zmin n
zmin
n1
2
(n = 0 ,1,2,3,…)
电场波腹点（E1(z) 的最大值的位置）
1zmin (2n 1) / 2
第4页/共63页
4
媒质2中的透射波：
Et
(
z)
ex
E e2z tm
,
Ht (z)
ey
Etm
2
e2z
2 jk2 j
22 j
22 (1
j 2 )1 2 2
~2
2 ~2
2 2
(1
j 2 )1 2 2
2 (1
j 2 )1 2 2
在分界面z = 0 上，电场强度和磁场强度切向分量连续，即
1 jk1 j 11
j
11 (1
j
1 )1 2 1
~1
1 ~1
1 (1 j 1 )1 2
1
1
1(1
j 1 )1 2 1
E1 ( z )
Ei (z)
Er (z)
e E e1z x im
ex Erme1z
H1 ( z )
Hi (z) Hr (z)
ey
Eim
1
e 1z
ey
Erm
1
e1z
（3）求理想导体板表面的电流密度。
解：(1) 电场强度的复数表示
Ei
ex100e
jz
e
j
2
ey
200e
jz
则
Hi (z)
1
0
ez
Ei
1
0
(ex
200e
jz
e y 100e
jz e
j
2
)
第11页/共63页
11
写成瞬时表达式
Hi (z, t) Re[ Hi (z)e jt ]
1
x
媒质1：
1, 1,1
媒质2： 2, 2, 2
Ei
Et
ki
Hi
Ht
Er y
kt
z
Hr kr
第3页/共63页
3
媒质1中的入射波：
Ei ( z) ex Eime1z
Hi (z)
ey
Eim
1
e 1 z
媒质1中的反射波：
Er ( z) ex Erme1z
Hr (z) ey
Erm
1
e1z
媒质1中的合成波：
zmax
(2n 1)1
4
(n = 0,1,2,3,…)
第9页/共63页
9
两相邻波节点之间任意两点 的电场同相。同一波节点两 侧的电场反相
E1、H1在时间上有π/ 2 的相移
E1、H1在空间上错开λ/ 4，电 场的波腹（节）点正好是磁场 的波节腹）点； 坡印廷矢量的平均值为零，不 发生能量传输过程，仅在两个 波节间进行电场能量和磁场能 的交换。
边界条件
入射波（已知）＋反射波（未知）
透射波（未知）
第2页/共63页
2
9.1 均匀平面波对分界平面的垂直入射
9.1.1 对导电媒质分界面的垂直入射
z < 0中，导电媒质1 的参数为
1、1、1
z > 0中，导电媒质 2 的参数为
2、2、 2
沿x方向极化的均匀平面波从 媒质1 垂直入射到与导电媒质 2 的分界平面上。
1
现象：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 波透过分界 面。
入射方式：垂直入射、斜入射；
媒质类型：
介质分界面
x
Ei
入射波
o ki
Hi Hr
Er
反射波
kr
媒质 1
Et 透射波 kt
Ht z
y
媒质 2
理想导体、理想介质、导电媒质 均匀平面波垂直入射到两种不同媒
质的分界平面
分析方法：
kr
x
媒质2：
2
y
z
z=0
媒质1中的入射波： Ei (z) ex Eime j1z , 媒质1中的反射波： Er (z) ex Eime j1z ,
第7页/共63页
Hi (z) ey
Eim
1
e j1z
Hr (z)
ey
Eim
1
e j1z
7
媒质1中E1合(z成) 波e的x E电im磁(e场 j为1z
2 1
2 1
第6页/共63页
6
9.1.2 对理想导体表面的垂直入射
媒质1为理想介质， 1＝0 媒质2为理想导体， 2＝∞
则
1 11 , 1
1 , 1
2 0
故 R 1、T 0
在分界面上，反射
Erm Eim
波电场与入射波电 场的相位差为π
媒质1：
1 , 1 , 1
Ei
ki
Hi
Er
Hr
e
j1z
)
ex
j 2 Eim
sin
1z
H1(z)
瞬时值形式
ey
E1 (
Eim
1
z,t)
(e j1z Re[
e
j1z
)
ey
E1(z)e jt ]
2Eim cos 1z 1 ex 2Eim sin 1z
sin
t
H1(z, t) Re[ H1(z)e jt ]
合成波的平均能流密度矢量
( Eim
Erm )
1
2
Etm
R Erm 2 1 Eim 2 1
T Etm 22
Eim 2 1
1 R T
R 和T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。
若媒质2理想导体，即 2= ，则η2c= 0，故有 R 1、T 0
若两种媒质均为理想介质，即1= 2= 0，则得到
R 2 1 , T 22
ey
2Eim
1
cos
1z cost
Sav
1 2
Re[ E1
H1* ]
1 2
Re
ex
j2Eim
sin
1z
ey
(
2Eim cos
1
1z
)*
0
理想导体表面上的感应电流
JS
en
H1(z) |z0
(ez ) ey
2Eim cos 1z 1
|z0
ex
2Eim
1
第8页/共63页
0
[ex
200
cos(t
z)
ey100
cos(t
z
1 2
)]
(2) 反射波的电场为
Er (z)
ex100e
j
z
e
j
1 2
ey 200e j z
反射波的磁场为
Hr (z)
1
0
(ez
Er )
1
0
(ex
200e
jz
ey100e
jz
e
j
2)第ຫໍສະໝຸດ 2页/共63页12在区域 z < 0 的合成波电场和磁场分别为
第10页/共63页
10
例9.1.1 一均匀平面波沿+z方向传播，其电场强度矢量为
Ei ex100sin(t z) ey 200cos(t z) V/m
（1）求相伴的磁场强度 ；
（2）若在传播方向上z = 0处，放置一无限大的理想导体平板，
求区域 z < 0 中的电场强度 和磁场强度 ；
E1 (0) H1 (0)
E2 H
(0) 2 (0)
Eim Erm Etm
1
~1
(Eim
Erm)
1
~2
Etm
第5页/共63页
5
定义分界面上的反射系数R为反射波电场的振幅与入射波电场
振幅之比、透射系数T为透射波电场的振幅与入射波电场振幅之比，
则
Eim Erm Etm
讨论：
1
1
j1
E1 Ei Er ex j200e 2 sin z ey j400sin z