薄層的電磁波反射特性分析

摘 要針對實際探測中的需要，本文對薄層的電磁波反射特性進行了深入研究。薄層在反射電磁波時，會對入射電磁波進行濾波作用，薄層的類型和厚度會影響薄層的濾波特性。

【關鍵詞】薄層 電磁波反射 濾波效應

1 引言

為了獲得地層、墻體等層狀介質內部詳細結構信息，人們通常借用電磁波來實現無損探測，由于電磁波頻率高，波長短，所以電磁波在探測常見的層狀介質時能獲得很高的探測分辨率。電磁波在層狀介質中傳播時，如果介質分界面兩側波阻抗有差異時，電磁波在分界面上會發生反射。不同類型和厚度的薄層對電磁波的反射會產生不同的影響，研究薄層的電磁波反射特性對于層狀介質電磁波探測具有重要意義。

2 薄層模型分析

建立如圖1所示的薄層分析模型。模型中，三層介質的電導率都為0。薄層頂層介質和底層介質分別為半無限大空間，頂層介質介電常數和磁導率分別為ε1、μ1，底層介質介電常數和磁導率分別為ε3、μ3。中間層為薄層，介電常數和磁導率分別為ε2、μ2，厚度為h。

假定電磁波以TE平面波入射到薄層頂界面上，入射波的表達式為：（kz為入射波沿Z方向的波矢量，kx為入射波沿X方向的波矢量）。薄層的反射系數R為：

（1）

（1）式中， k2z為是TE平面波在薄層中沿Z方向的波矢量，T12為薄層頂界面在頂層中引起的波的透射系數，R21為薄層中引起的波的反射系數，T21為薄層中引起的波的反射系數透射系數，R23為薄層底界面在薄層中引起的波的反射系數。

因為|R21R23|<1，對（1）式進行級數展開，得到R的級數表達式為：

（2）

因為薄層電導率為0，所以

，v為薄層中的電磁波傳播速度。實際探測中， R的表達式可改寫為：

，其中

，為薄層中電磁波雙程旅行時。

對R的近似表達式進行化簡，得到薄層反射的電磁波Ery為：

（3）

（3）式中：

（4）

（5）

由（3）式，可以看出，薄層反射的電磁波的特性由P（θ）、Q（θ）決定。P（θ）、Q（θ）由薄層的介電常數、磁導率、厚度以及入射波頻率這些因數決定。當薄層的介電常數、磁導率、厚度確定時，薄層反射的電磁波的振幅會隨著入射波頻率的變化而變化。當入射波為復合波時，入射波經過薄層反射后，反射波的頻譜會發生改變。

3 結論

本文對薄層的電磁波反射特性進行了研究。薄層反射電磁波時，薄層可以等效為一個濾波器。薄層對電磁波的反射，可以等效為薄層對電磁波進行了濾波作用。不同類型、不同厚度的薄層在反射電磁波時，會表現出不同濾波特性。利用該特點，可以有效實現對薄層類型的識別。

參考文獻

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作者簡介

張先武（1983-），男，安徽省廬江縣人。博士學位。工程師。研究方向為雷達系統設計。

作者單位

1.中國電子科技集團公司第三十八研究所 安徽省合肥市 230088

2.孔徑陣列和空間探測安徽省重點實驗室 安徽省合肥市 230088