Изменение фазы отражения

A изменение фазы иногда происходит, когда отражается волна . Такие отражения возникают для многих типов волн, включая световые волны, звуковые волны и волны на струнах.

• 1 Оптика
• 2 Звуковые волны
• 3 Струны
• 4 Линии электропередачи
• 5 Ссылки

Световые волны меняют фазу на 180 °, когда они отражаются от поверхности среды с более высоким показателем преломления, чем у среды, в которой они движутся. Световая волна, распространяющаяся в воздухе, которая отражается стеклянной перегородкой, претерпевает фазовое изменение 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); указывая, 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 поле претерпит изменение фазы на 0 °. И наоборот, верно, когда отражение происходит на границе раздела с более низким показателем преломления.) Кроме того, это относится к падению, близкому к нормальному, - для p-поляризованного света, отражающегося от стекла под углом, за пределами угла Брюстера изменение фазы составляет 0 °.

Фазовые изменения, происходящие при отражении, играют важную роль в интерференции тонких пленок.

Звуковые волны в твердом теле изменение фаз (изменение на 180 °), когда они отражаются от границы с воздухом. 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 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.

A волна на струне испытывает изменение фазы на 180 ° при отражении от точки где строка закреплена. Отражения от свободного конца струны не изменяют фазу. Изменение фазы при отражении от фиксированной точки способствует образованию стоячих волн на струнах, которые производят звук от струнных инструментов.

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 на линии, оканчивающейся коротким замыканием, сдвинуто по фазе на 180 °. Это аналогично (по аналогии подвижности ) струне, конец которой зафиксирован в нужном положении, или звуковой волне в трубке с заблокированным концом. С другой стороны, волна тока не сдвинута по фазе.

разорванная / разомкнутая линия

A линия передачи, оканчивающаяся разомкнутой цепью, является случаем двойного ; волна напряжения сдвигается на 0 °, а волна тока сдвигается на 180 °.

реактивная оконечная нагрузка

Линия передачи заканчивается чистой емкостью или индуктивностью также вызовет фазовый сдвиг волны с полной амплитудой. Фазовый сдвиг напряжения определяется как

$\phi \; =\; 2\; tan\; -\; 1\; \; Z\; 0\; X\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; varphi\; =\; 2\; \backslash \; tan\; ^\; \{-\; 1\}\; \{Z\_\; \{0\}\; \backslash \; over\; X\}\; \backslash \; quad\}$

где

Z0- характеристический импеданс линии

X - проводимость индуктивности или емкости, определяемая соответственно как ωL или ⁄ ωC

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 от 0 до -180 ° для конденсаторов. Сдвиг фазы будет точно ± 90 °, когда |X|= Z 0.

. В общем случае, когда линия заканчивается некоторым произвольным импедансом, Z, отраженная волна обычно меньше падающей волны.. Необходимо использовать полное выражение для фазового сдвига:

$\phi \; =\; tan\; -\; 1\; \; (2\; sin\; \; (arg\; \; Z)\; (|\; Z\; |\; Z\; 0\; -\; Z\; 0\; |\; Z\; |))\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; varphi\; =\; \backslash \; tan\; ^\; \{-\; 1\}\; \backslash \; left\; (\{\backslash \; frac\; \{2\; \backslash \; sin\; (\backslash \; arg\; Z)\}\; \{\backslash \; left\; (\{\backslash \; frac\; \{|\; Z\; |\}\; \{Z\_\; \{0\}\}\}\; -\; \{\backslash \; frac\; \{Z\_\; \{0\})\; \}\; \{|\; Z\; |\}\}\; \backslash \; right)\}\}\; \backslash \; right)\; \backslash \; quad\}$

Это выражение предполагает, что характеристический импеданс является чисто резистивным.