波的绕射(也称衍射)指的是当波在传播的过程中遇到障碍物,能够从障碍物的边缘绕过,之后进入几何阴影区继续传播的一种现象。
当一束几何光学射线传播过程中遇到物体时,如果物体的是不连续的,就将会发生绕射现象。凯勒曾经提出了一种称为“几何绕射理论”的方法,它能够对高频的电磁场进行理论上的计算。这种方法将一种新的绕射射线进行引入,它能够消除阴影边界上场的不连续性。它有以下三点基本概念:(1)绕射场将会随着绕射射线进行传播,使用费玛原理能够进行射线轨迹的确定;(2)绕射仅仅由物体上绕射点临域中的物理特性与几何特性来决定;(3)绕射射线在离开绕射点之后依旧遵循几何光学定律。
下面对边缘绕射与表面绕射这两种基本的绕射情况予以简要介绍。
1. 边缘绕射
凯勒指出,入射线与边缘的夹角大小和绕射射线与边缘的夹角大小是相同的。入射线与绕射线分别存在于绕射点与边缘互相垂直的平面两侧或者存在于同一个平面上。无穷多条绕射射线能够由一条入射线所激起,而且它们全部存在于同一个圆锥面上,该面的顶点为绕射点,正如图(a)所示。对于图(b),当边缘与入射射线相互垂直,圆锥面则就会变成为一个平面圆盘,边缘与这个圆盘相互垂直。上述统称为边缘绕射定律。开关柜内局部放电产生的UHF电磁波从柜内穿过柜门与柜体的缝隙向外传播时,就会发生边缘绕射。边缘绕射示意图
2. 表面绕射
当射线射向理想导体的光滑表面并最后达到阴影区域的过程中,射线将分为两部分进行传播:一部分入射波继续沿直线传播,另外一部分入射波将沿着物体的表面进行传播,也就是表面射线。这些表面射线在传播的过程中将会沿着物体表面的切线方向继续发出绕射射线。如图所示。对于a图中处在阴影区的点P,入射线表面上和Q1相切,绕射线在表面土与Q2点相切,所以表面射线将是沿着Q1和Q2之间最短的路径进行传播的。上述统称为表面绕射定律。开关柜内局部放电产生的UHF电磁波在柜内的传播过程中,当波头遇到绝缘子、电缆等表面光滑的圆柱形物体便会发生表面绕射。另外,当UHF电磁波通过开关柜的缝隙后会沿着开关柜的柜体外表面传播,这也属于表面绕射现象。表面绕射示意图