Изменение фазы отражения - Reflection phase change

А 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

Световые волны меняют фазу на 180 °, когда отражаются от поверхности средний с высшим показатель преломления чем у среды, в которой они путешествуют.^[1] Световая волна, распространяющаяся в воздухе, отражается от стеклянной перегородки, претерпевает фазовый переход на 180 °, в то время как свет распространяется в стекле не буду претерпевают фазовый переход, если отражаются от границы с воздухом. По этой причине оптические границы обычно задаются как упорядоченная пара (воздух-стекло, стекло-воздух); указывая, из какого материала выходит и куда входит свет, соответственно.

«Фаза» здесь - фаза электрическое поле колебания, а не магнитное поле колебания (в то время как электрическое поле претерпит изменение фазы на 180 °, магнитное поле будет претерпевать изменение фазы на 0 °. И наоборот, верно, когда отражение происходит на границе с более низким показателем преломления).^[3] Кроме того, это относится к почтинормальный падение - для p-поляризованного света, отражающегося от стекла при взгляд угол, за пределами Угол Брюстера, изменение фазы равно 0 °.

Фазовые изменения, происходящие при размышлении, играют важную роль в тонкая пленка интерференции.

Звуковые волны

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 фазового изменения, когда они отражаются от твердого тела, но они демонстрируют изменение на 180 ° при отражении от области с более низким акустический импеданс. Примером этого является случай, когда звуковая волна в полой трубке встречает открытый конец трубки. Изменение фазы при отражении важно в физике духовые инструменты.

Струны

Стоячие волны на струне

А волна на веревочке испытывает изменение фазы на 180 ° при отражении от точки, в которой закреплена струна.^[2] Отражения от свободного конца струны не изменяют фазу. Изменение фазы при отражении от фиксированной точки способствует образованию стоячие волны на струнах, которые производят звук из струнные инструменты.

Линии электропередачи

Отражения сигналов на проводящих линиях обычно демонстрируют изменение фазы падающего сигнала. 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 аналогия мобильности ) к струне с закрепленным концом или звуковой волной в трубе с заблокированным концом. С другой стороны, текущая волна не сдвинута по фазе.

прерывистая / разорванная линия

А линия передачи с разомкнутой цепью двойной дело; волна напряжения сдвинута на 0 °, а волна тока сдвинута на 180 °.

реактивное прекращение

Линия передачи оканчивается чистым емкость или же индуктивность также вызовет фазовый сдвиг волны с полной амплитудой. Фазовый сдвиг напряжения определяется выражением

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

куда

Z₀ это характеристическое сопротивление линии

Икс это восприимчивость индуктивности или емкости, соответственно ωL или⁻¹⁄_ωC

L и C - соответственно индуктивность и емкость, а

ω это угловая частота.

В случае реактивного завершения фазовый сдвиг будет между 0 и + 180 ° для индукторы и от 0 до -180 ° для конденсаторы. Сдвиг фазы будет точно ± 90 °, когда |Икс| = Z₀.

В общем случае, когда линия оканчивается произвольным сопротивление, Z, отраженная волна обычно меньше падающей. 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 чисто резистивный.

Рекомендации