Reflexion elektromagnetischer Wellen
Wenn eine elektromagnetische Welle auf eine Grenzfläche zwischen zwei verschiedenen Medien wie Luft und Glas trifft, wird ein Teil der Welle in das erste Medium zurückreflektiert und ein Teil in das zweite Medium übertragen. Dieses Phänomen ist als Reflexion bekannt. Die Reflexion elektromagnetischer Wellen kann mit Hilfe der Reflexionsgesetze und der Eigenschaften der Wellen verstanden werden.
Grundgesetze der Reflexion
Es gibt zwei grundlegende Gesetze der Reflexion:
- Der Einfallswinkel (θi) ist gleich dem Reflexionswinkel (θr). Das heißt, wenn eine elektromagnetische Welle auf eine Oberfläche trifft, wird sie unter demselben Winkel von der Oberfläche reflektiert, unter dem sie auftrifft.
- Die einfallende Welle, das Lot zur Oberfläche und die reflektierte Welle liegen alle in derselben Ebene.
Phasenänderung und Reflexionskoeffizient
Bei der Reflexion kann sich die Phase der elektrischen und magnetischen Feldkomponenten abhängig von den Eigenschaften der Medien an der Grenzfläche ändern. Diese Phasenänderung ist wichtig für das Verständnis des Verhaltens der reflektierten Welle und etwaiger Interferenzen mit anderen Wellen.
Der Reflexionskoeffizient (R) repräsentiert den Anteil der einfallenden Leistung, der an der Grenzfläche reflektiert wird. Er kann mit den Fresnel-Gleichungen berechnet werden, die die Einfall- und Reflexionswinkel sowie die Eigenschaften der beiden Medien (wie ihre Brechungsindizes) berücksichtigen.
Fresnel-Gleichungen und Reflexionskoeffizienten
Für den Normalfall (θi = θr = 0) kann der Reflexionskoeffizient für das elektrische Feld (auch Amplitudenreflexionskoeffizient genannt) mit folgender Formel berechnet werden:
R = |(n1 – n2) / (n1 + n2)|2
Wobei n1 und n2 die Brechungsindizes des ersten bzw. zweiten Mediums sind. Bei nicht-normalem Einfall werden die Fresnel-Gleichungen komplexer und hängen von der Polarisation der einfallenden Welle ab.
Die einfallende Welle kann in zwei orthogonale Polarisationen zerlegt werden: transversal elektrisch (TE) und transversal magnetisch (TM). Die Fresnel-Gleichungen für TE- und TM-polarisierte Wellen liefern unterschiedliche Reflexionskoeffizienten für jede Polarisation.
Anwendungen der Reflexion elektromagnetischer Wellen
Die Reflexion elektromagnetischer Wellen hat viele praktische Anwendungen, beispielsweise in Radarsystemen, Kommunikationssystemen, in der Optik und in der Fernerkundung.
