Поляризацией поля на идеально проводящую плоскость

 

Пусть из вакуума на идеально проводящую плоскость под углом j падает плоская монохроматическая волна, имеющая вертикальную поляризацию (рис. 4.2).

На рис. 4.2 показаны мгновенные положения последовательности волновых фронтов, отстающих друг от друга на расстояние . Поэтому фазы поля для соседних положений фронтов отличаются на величину 180^°. Показаны также взаимные ориентации векторов для падающего фронта волн , .

Рис. 4.2. Падающий и отраженный фронты волны

 

На границе идеального проводника выполняются граничные условия, т.е. . В нашем случае это условие будет выполняться, если будет существовать отраженная волна. На рис. 4.2 показаны поверхности равных фаз для отраженной волны, причем векторы электромагнитного поля отраженной волны, обозначенные , , обладают следующими свойствами:

1) модуль коэффициента отражения равен 1, поэтому амплитуды падающей и отраженной волн одинаковы по величине, т.е. , .

;

2) на границе раздела выполняются граничные условия, т.е. , или , где – суммарные тангенциальные составляющие, –тангенциальные составляющие падающей волны, – тангенциальные составляющие отраженной волны.

На рис. 4.2 показан результат сложения полей падающей и отраженной волн. Результат сложения сделан в узлах образующейся сетки волновых поверхностей. Результаты сложения волновых процессов позволяют сделать следующие выводы:

1) суммарные силовые линии магнитного поля имеют вид бесконечных нитей, направленных параллельно оси oy;

2) векторы напряженности электрического поля лежат в плоскости хоz, причем ориентация этих векторов непрерывно меняется от точки к точке.

Из рис. 4.2 видно, что силовые линии напряженности суммарного поля имеют определенную закономерность в пространстве. Подчеркнем: в сложении участвовали волновые фронты, положение которых отличалось по фазе на p (противофаза). Если провести более детальное сложение и изобразить результирующее суммарное поле электромагнитной волны с вертикальной поляризацией, то получим картину силовых линий, показанную на рис. 4.3.

 

Рис. 4.3. Результирующее поле волны Е - типа

 

На рис. 4.3 видно, что силовые линии напряженности поля перпендикулярны металлической поверхности и что в замкнутых линиях можно выделить участки, которые перпендикулярны направлению распространения z, и участки, которые совпадают с направлением распространения. Такая результирующая волна называется волной Е-типа, т.к. имеются составляющие, которые и перпендикулярны, и продольны направлению распространения волны вдоль оси z. Магнитное поле имеет только перпендикулярные составляющие, которые являются поперечными направлению распространения волны. Поэтому волны Е-типа называются также ТМ-волнами, т.е. поперечными магнитными волнами.

Аналогичным образом можно рассмотреть падение плоской электромагнитной волны с горизонтальной поляризацией из воздуха на плоскую проводящую поверхность. Не останавливаясь детально на рассмотрении такого падения электромагнитной волны, покажем результирующее поле с помощью силовой картины, содержащей и суммарный вектор , и суммарный вектор (рис. 4.4).

 

 

Рис. 4.4. Результирующее поле волны Н – типа

 

Электромагнитная волна также распространяется вдоль оси z. Напряженность магнитного поля изменяется в плоскости xoy. Вектор напряженности электрического поля колеблется вдоль оси y.

Из рис. 4.4 видно, что силовые линии замкнуты, причем на них можно выделить участки, которые являются параллельными (продольными составляющими) направлению распространения волны, а также участки, перпендикулярные (поперечные) направлению распространения. Таким образом, в результирующей волне содержатся одновременно и поперечные, и продольные составляющие. Такая электромагнитная волна называется волной Н-типа. Любой другой участок замкнутой линии можно представить суммой поперечной и продольной составляющих поля.

Волна Н-типа имеет и другое название: ТЕ, т.е поперечная электрическая волна. Действительно, в волне Н-типа существует поле , которое является поперечным по отношению к направлению распространения z, т.е. результирующий вектор колеблется вдоль оси y, а в декартовой системе координат y ^ z.

Мы рассмотрели падение плоской электромагнитной волны с различными поляризациями (горизонтальной и вертикальной) из воздуха на проводящую плоскость. Суммарная (результирующая) волна – результат интерференции плоской падающей и отраженной волны и уже не является плоской. Таким образом, проводящую плоскость следует рассматривать как направляющую, вдоль которой распространяются волны Е- и Н-типов. На границе раздела плоскости с воздухом выполняются граничные условия, т.е. .