Изменение фазы отражения

Изменение фазы иногда возникает , когда волна отражается. ^{[1] [2]} Такие отражения возникают для многих типов волн, включая световые волны , звуковые волны и волны на струнах.

Оптика [ править ]

Световые волны изменяют фазу на 180 °, когда они отражаются от поверхности среды с более высоким показателем преломления, чем у среды, в которой они движутся. ^[1] Световая волна, распространяющаяся в воздухе и отраженная стеклянной перегородкой, претерпевает фазовый переход на 180 °, в то время как свет, движущийся в стекле , не претерпевает фазового изменения, если он отражается границей с воздухом. По этой причине оптические границы обычно задаются как упорядоченная пара (воздух-стекло, стекло-воздух); указывает, из какого материала выходит и куда входит свет, соответственно.

«Фаза» здесь - это фаза колебаний электрического поля , а не колебаний магнитного поля (в то время как электрическое поле претерпевает изменение фазы на 180 °, магнитное поле претерпевает изменение фазы на 0 °. индекс интерфейса.) ^[3] Кроме того , это имеет в виду кратко- нормальная частота-за р-поляризованный свет , отраженный от стекла на поглядывая угол, за углом Брюстера , изменение фазы 0 °. Фазовые изменения, происходящие при отражении, играют важную роль в интерференции тонких пленок .

Звуковые волны [ править ]

Звуковые волны в воздухе, в трубке

Звуковые волны в твердом теле претерпевают инверсию фазы (изменение на 180 °), когда они отражаются от границы с воздухом. ^[2] Звуковые волны в воздухе не испытывают изменения фазы при отражении от твердого тела, но они действительно изменяются на 180 ° при отражении от области с более низким акустическим импедансом . Примером этого является случай, когда звуковая волна в полой трубке встречает открытый конец трубки. Изменение фазы при отражении важно в физике духовых инструментов .

Строки [ править ]

Стоячие волны на струне

Волна на строку испытывает изменение на 180 ° по фазе , когда он отражается от точки , где строка фиксированной. ^[2] Отражения от свободного конца струны не изменяют фазу. Изменение фазы при отражении от фиксированной точки способствует образованию стоячих волн на струнах, которые воспроизводят звук струнных инструментов .

Линии электропередачи [ править ]

Отражения сигналов на проводящих линиях обычно демонстрируют изменение фазы по сравнению с падающим сигналом. Есть два крайних случая завершения: короткое замыкание (замкнутая линия) и разомкнутая цепь (прерывистая линия). В обоих случаях отражается полная амплитуда волны.

короткое замыкание

Отражение волны напряжения от линии, оканчивающейся коротким замыканием, сдвинуто по фазе на 180 °. Это аналогично (по аналогии с подвижностью ) струне, конец которой зафиксирован, или звуковой волне в трубке с заблокированным концом. С другой стороны, текущая волна не сдвинута по фазе.

прерывистая / разорванная линия

Линия передачи, оканчивающаяся разомкнутой цепью, является двойным случаем; волна напряжения сдвинута на 0 °, а волна тока сдвинута на 180 °.

реактивное прекращение

Линия передачи, оканчивающаяся чистой емкостью или индуктивностью , также вызовет сдвинутую по фазе волну с полной амплитудой. Фазовый сдвиг напряжения определяется выражением

${\ displaystyle \ varphi = 2 \ tan ^ {- 1} {Z_ {0} \ over X} \ quad}$^{[4] : 275}

где

Z ₀ - характеристический импеданс линии

Х представляет собой реактивная индуктивности или емкости, приведены соответственно ωL или ^-1 / _Пс

L и C - соответственно индуктивность и емкость, а

ω - угловая частота .

В случае реактивного завершения фазовый сдвиг будет между 0 и + 180 ° для катушек индуктивности и между 0 и -180 ° для конденсаторов . Сдвиг фазы будет точно ± 90 °, когда | X | = Z ₀ .

В общем случае , когда линия завершается с некоторым произвольным сопротивлением , Z , отраженная волна , как правило , меньше , чем падающей волны. Необходимо использовать полное выражение для фазового сдвига,

${\ displaystyle \ varphi = \ tan ^ {- 1} \ left ({\ frac {2 \ sin (\ arg Z)} {\ left ({\ frac {| Z |} {Z_ {0}}} - { \ frac {Z_ {0}} {| Z |}} \ right)}} \ right) \ quad}$^{[4] : 273}

Это выражение предполагает, что характеристический импеданс является чисто резистивным .

Ссылки [ править ]