インピーダンス不整合により反射が起きるのはなぜですか？

質問

高周波関係の本を読んでいるとインピーダンス不整合により反射が起きるというようなことは大抵書かれているのですが、具体的になぜ反射が起こるのでしょうか？
インピーダンスの違いで現れてくるのは、振幅と位相だけですよね？
これでなぜ反射が起こるのでしょうか？

どこかで光が異種の物質の界面で反射を起こすようなものであると書かれていたのですが、反射というものは異種の物質に対してある角度をもって入射しないと起きないため、少し違うのではないのでしょうか？

どなたか詳細な原理を教えて下さい。

回答No.5

rabbit_cat · ベストアンサー

まあ、普通に、回路の微分方程式をたてて、式を追って行けばそうなるんで、なぜ、というのは難しいわけですが。

アナロジーとしての、光の反射はあんまりよくないような気がします。
（ナイーブな意味での）電流は１次元の銅線の中しか通れない（束縛されている）ので、３次元どこでも行ける光とはちょっと違います。

１０ｍくらいある長いスプリングを考えます。さらに、柔らかいスプリングと硬いスプリングをつなぎあわせたものを考えます。で、例えば、柔らかいスプリングの端を前後に振って縦波（別に横波でもいいですけど）を起こしたとすれば、波はスプリングを伝っていきますが、柔らかいスプリングと硬いスプリングの境目で一部は反射して戻ってくるでしょう。

ここで、硬いスプリングといっているのは、つまり、大きな力をかけても、ちょっとしか変位がおきないスプリングのことです。
これは、電気回路の世界でいえば、大きな電圧（電位差）をかけても、電流がちょっとしか流れない（インピーダンスが高い）に相当します。

回答No.6

fusem23

＞垂直にくる光はどれだけ屈折率が高くてもそれだけで反射することはないと思うのですが。

この知識、間違っています。夜、明るい部屋から外を見ると、自分の顔が映りますよね。角度によって、映ってない所はないと思うのですが…

もう一つの例で言うと、金属面での反射（ほぼ全反射）も、インピーダンス不整合（ほぼ短絡）による反射です。その時の反射（例：鏡）でも、角度による違いはありません。

インピーダンスが不整合であると、それまでの電圧と電流の比率では進んでいけません。インピーダンスが高くなる場合は、電圧が増えて、電流は減り、上がった電圧は元の方向に返って行きます。これが反射です。インピーダンスが低くなる場合は、電流が増えて、電圧は減り、下がった電圧が返って行きます。これはさっきと逆位相の反射です。

これでイメージ掴めます？

回答No.4

noname#101087

度重なるミス、蒙御免。

・インピーダンス整合がとれてないとき、負荷インピーダンスZ に取り出せる実効電力「Pa > Pz」 。

回答No.3

noname#101087

「低電圧源」は「定電圧源」のミス。

回答No.2

noname#101087

>インピーダンス不整合により反射が起きるのはなぜ ......

「なぜ」に直接は答えかねますけど、「みなし理論」の概略でも ..... 。

　・出力インピーダンスZo の低電圧源から最大実効電力Pa を取り出せる負荷インピーダンスZm は？
　　Zm = Zo~　　　(Zo~ は Zo の共役複素数値)
　このとき、インピーダンス整合がとれている、などという。
　・インピーダンス整合がとれてないとき、負荷インピーダンスZ に取り出せる実効電力Pz > Pa 。
　このとき、負荷側への反射電力Pr は、
　　Pr = Pa - Pz >0
　であると「みなす」。

インピーダンス整合のお話(理論)のスタートポイントの「みなし理論」でした。

回答No.1

cosmos-kt

昨晩（今朝）だったかな・・・別の方の質問にも答えておいたのだけれども・・・。物理と情報理論って・・関係あるのかな・・と思いつつ。伝送路というシステムに着目すれば、よく分かるとおもう。

伝送路というシステムにおいて、インピーダンス不整合というのは、丁度異種の物質同士の界面に相当すると考えれば分かりやすい。なぜならば、インピーダンスの高いところでは、丁度光や音波の速度が遅くなる（なぜ・・遅くなるかは・・考えてみよう）。インピーダンスの低いところでは、光や音波の速度が速くなる。

さて、ここで波動光学との類似性について、考えてみよう。屈折や反射が起こるところというのは、それら伝達される波（粒子でも良い）の速度が変わる場所だということ。

そのため、反射が起こると考えれば・・いいと思う。

お礼

回答ありがとうございます。

そういう説明は聞いたことがあるのですが、
電流量はインピーダンスが変わっても変化はないはずです。従ってインピーダンスにより減衰するのは電圧だけですよね？それで速度が遅くなるという意味が分からないのですが。

それと
>屈折や反射が起こるところというのは、それら伝達される波（粒子でも良い）の速度が変わる場所だということ。

ということはもちろん分かるのですが、垂直にくる光はどれだけ屈折率が高くてもそれだけで反射することはないと思うのですが。

どうかんがえれば良いのでしょうか？