Поширення електромагнітних хвиль у спрямовуючих системах

Відбивання і заломлення електромагнітних хвиль на плоскій межі розділу середовищ . Повне внутрішнє відбивання. [4]

Основні поняття і закони

На межі розділу середовищ електромагнітна хвиля зазнає відбивання і заломлення. Частота її при цьому не змінюється. У випадку ізотропних діелектричних середовищ напрям поширення хвиль визначається законами геометричної оптики, а інтенсивність і поляризація – формулами Френеля:

, ,

(5.1)

, ,

де E01, E02 і E03 – амплітуди електричних векторів падаючої, відбитої і заломленої хвиль. Символами || і при них позначаються їх складові, паралельні або перпендикулярні до площини падіння. Кути падіння θi і заломлення θr пов’язані між собою законом заломлення

. (5.2)

У випадку нормального падіння (θi = 0) формули Френеля набувають вигляду

, ,

(5.3)

, .

Для кількісної характеристики розподілу падаючої хвилі у точці відбивання вводять поняття коефіцієнтів відбивання R і пропускання T, що визначаються відношенням інтенсивностей, відповідно, відбитої чи заломленої хвилі до інтенсивності падаючої на межу розділу:

, . (5.4)

На межі розділу двох прозорих середовищ R + T = 1.

Повне внутрішнє відбивання електромагнітної хвилі на межі розділу двох діелектриків можливе за умови, що вона поширюється з середовища, оптична густина якого більша, у середовище з меншою оптичною густиною (n1 > n2) під кутом, не меншим граничного кута повного внутрішнього відбивання αгр таким, що sinθi0 = n2/n1. Вона також зазнає повного відбивання від поверхні ідеального провідника (у цьому випадку E03 = 0, тоді T = 0, а R = 1).

Класифікація ліній передачі. [5, 6]

Поширення хвиль між двома паралельними площинами. [5, 6]

Скалярні рівняння Гельмгольца для лінії передачі. [5, 6]

Загальний розв’язок тривимірного рівняння Гельмгольца. [5, 6]

Дисперсія у лініях передачі. Явище відсіку. [5, 6]

Явище повного відбивання має широке застосування для напрямлених електромагнітних хвиль. Практичний інтерес має не тільки цей факт, але й характер хвильових процесів, що протікають на межі розділу середовищ. Розглянемо їх обмежуючись випадком нормальної поляризації падаючої хвилі (при паралельній поляризації особливості поширення хвилі аналогічні).