1.3　电磁波在两种不同介质界面上的传播特性

探地雷达天线发射的高频电磁波向地下传播，当遇到不同的界面时就会发生折射和反射。入射波、反射波与折射波的方向遵循反射定律和折射定律。

假设在两层介质间存在一个层面，如图1.3所示，电磁波从介质1中入射，入射角为θi，反射角为θr=θi，在介质2中，透射角为θt，根据斯涅尔定律：

式中　　v1——第一层波速；

v2——第二层波速。

反射系数R定义为反射波电场强度Er与入射波电场强度Ei之比，即R=Er/Ei；折射波系数Z定义为折射波电场强度Ez与入射波电场强度Ei之比，即Z=Ez/Ei。

一般，探地雷达的电磁波为垂直界面（水平地层）入射，反射系数和折射系数分别为

式中　　R12，Z12——电磁波从介质1垂直入射到介质2的反射系数和折射系数；

k1，k2——介质1和介质2的电磁波传播常数。

根据能量守恒定律，反射波和折射波的能量等于入射波的能量，即

R12+Z12=1　　（1.26）

对于高频探地雷达探测地层，ω≫σ，且一般地质材料均属于非磁性材料，即μ=1，于是，R12、Z12分别为

反射系数的大小与两种介质的介电常数的差异有关。当两种介质的介电常数相同时，就可以看成同一种介质，反射系数为零，没有反射波。两种介质的介电常数的差异越大，反射系数也越大；两种介质的介电常数差异越小，反射系数也越小。反射系数R范围从-1到+1。当｜R｜＜0.25时，为弱反射层；当0.25＜｜R｜＜0.5时，为中等反射层。当0.5＜｜R｜＜1.0时，为强反射层。表1.2是不同界面的电磁波反射系数。