薄层的电磁波反射特性分析

摘 要针对实际探测中的需要，本文对薄层的电磁波反射特性进行了深入研究。薄层在反射电磁波时，会对入射电磁波进行滤波作用，薄层的类型和厚度会影响薄层的滤波特性。

【关键词】薄层 电磁波反射 滤波效应

1 引言

为了获得地层、墙体等层状介质内部详细结构信息，人们通常借用电磁波来实现无损探测，由于电磁波频率高，波长短，所以电磁波在探测常见的层状介质时能获得很高的探测分辨率。电磁波在层状介质中传播时，如果介质分界面两侧波阻抗有差异时，电磁波在分界面上会发生反射。不同类型和厚度的薄层对电磁波的反射会产生不同的影响，研究薄层的电磁波反射特性对于层状介质电磁波探测具有重要意义。

2 薄层模型分析

建立如图1所示的薄层分析模型。模型中，三层介质的电导率都为0。薄层顶层介质和底层介质分别为半无限大空间，顶层介质介电常数和磁导率分别为ε1、μ1，底层介质介电常数和磁导率分别为ε3、μ3。中间层为薄层，介电常数和磁导率分别为ε2、μ2，厚度为h。

假定电磁波以TE平面波入射到薄层顶界面上，入射波的表达式为：（kz为入射波沿Z方向的波矢量，kx为入射波沿X方向的波矢量）。薄层的反射系数R为：

（1）

（1）式中， k2z为是TE平面波在薄层中沿Z方向的波矢量，T12为薄层顶界面在顶层中引起的波的透射系数，R21为薄层中引起的波的反射系数，T21为薄层中引起的波的反射系数透射系数，R23为薄层底界面在薄层中引起的波的反射系数。

因为|R21R23|<1，对（1）式进行级数展开，得到R的级数表达式为：

（2）

因为薄层电导率为0，所以

，v为薄层中的电磁波传播速度。实际探测中， R的表达式可改写为：

，其中

，为薄层中电磁波双程旅行时。

对R的近似表达式进行化简，得到薄层反射的电磁波Ery为：

（3）

（3）式中：

（4）

（5）

由（3）式，可以看出，薄层反射的电磁波的特性由P（θ）、Q（θ）决定。P（θ）、Q（θ）由薄层的介电常数、磁导率、厚度以及入射波频率这些因数决定。当薄层的介电常数、磁导率、厚度确定时，薄层反射的电磁波的振幅会随着入射波频率的变化而变化。当入射波为复合波时，入射波经过薄层反射后，反射波的频谱会发生改变。

3 结论

本文对薄层的电磁波反射特性进行了研究。薄层反射电磁波时，薄层可以等效为一个滤波器。薄层对电磁波的反射，可以等效为薄层对电磁波进行了滤波作用。不同类型、不同厚度的薄层在反射电磁波时，会表现出不同滤波特性。利用该特点，可以有效实现对薄层类型的识别。

参考文献

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[2]卢成明，秦臻，朱海龙等.探地雷达检测公路结构层隐含裂缝实用方法研究[J].地球物理学报，2007，50（05）：1558-1568.

[3]孔金欧.电磁波理论.吴季译[M].北京：电子工业出版社，2003：210-220.

作者简介

张先武（1983-），男，安徽省庐江县人。博士学位。工程师。研究方向为雷达系统设计。

作者单位

1.中国电子科技集团公司第三十八研究所 安徽省合肥市 230088

2.孔徑阵列和空间探测安徽省重点实验室 安徽省合肥市 230088