8、探地雷达中的电磁波传播与天线技术

探地雷达中的电磁波传播与天线技术

1. 电磁波传播特性

1.1 反射与透射系数

当电磁波入射到两种不同介质的界面时，反射和透射现象就会发生。对于非垂直极化的情况，存在如下关系：
[1 + \varGamma_{||} = T_{||} \left(\frac{\cos \theta_t}{\cos \theta_i}\right)]
其中，(\varGamma_{||}) 是平行极化的反射系数，(T_{||}) 是平行极化的透射系数，(\theta_i) 是入射角，(\theta_t) 是折射角。

当入射角为零时（即波垂直入射到表面），平行或垂直极化的反射和透射系数分别为：
[\varGamma = \frac{\eta_2 - \eta_1}{\eta_2 + \eta_1}]
[T = \frac{2\eta_2}{\eta_2 + \eta_1}]
这里，(\eta_1) 和 (\eta_2) 分别是两种介质的波阻抗。此时，(1 + \varGamma = T)。这些关系表明，目标介质和宿主介质之间的波阻抗差异越大，反射系数就越大。而且，由于波阻抗通常是复数，反射和透射系数一般也是复数。

1.2 折射、衍射和散射

1.2.1 折射

折射是指电磁波在穿过两种不同介质的界面时方向发生改变的现象。折射角 (\theta_t) 可以用以下公式表示：
[\theta_t = \sin^{-1} \left(\frac{\sqrt{\varepsilon_{r1}\mu_{r1}}}{\sqrt{\varepsilon_{r2}\mu_{r2}}} \si