![]() Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву ![]() Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Энергетические соотношения в электродинамике
Любые физические процессы, в том числе и электромагнитные, непосредственно связаны с превращением одного вида энергии в другую в соответствии с законом сохранения энергии. В СВЧ устройствах превращения электромагнитной энергии обычно связаны о потерями на тепло, на излучение; с потерями на химические процессы, происходит также перераспределение между электрической и магнитной энергиями. Совокупность этих процессов определяет основные электрические характеристики устройства: КПД, добротность, затухание, избирательность и т.д. Математическая зависимость энергетических превращений электромагнитного поля выражается в энергетических соотношениях электродинамики. Эти соотношения для конкретной области пространства строго связаны между собой уравнением энергетического баланса. Суть этого уравнения совпадает с законом сохранения энергии для электромагнитного поля. Баланс энергии электромагнитного поля. Для изучения энергетических соотношений составляются уравнение баланса энергии для заданной области V. Это уравнение утверждает, что
т.е. мощность сторонних источников
где П - вектор Пойнтинга
Физический смыслслагаемых выражений (27) в (28) уточняется в результате их сопоставления с формулировкой баланса электромагнитной энергии (26). Так, слагаемое
где величина энергии, a
Для анализа энергетических соотношений в монохроматическом поле рассматривают уравнение баланса для средней за период мощности. Под средним за период значением функции подразумевают величину
Среднее значение изменения электромагнитной энергии за период равно нулю Таким образом, уравнение баланса для средней за период мощности:
Плоские электромагнитные волны
Как уже отмечалось выше, переменное электромагнитное поле в пространстве, свободном от источников, носит волновой характер. Оно распространяется в виде электромагнитных волн со скоростью, равной скорости света. Все свойства этого поля следуют из уравнений Максвелла, записанных для области, свободной от источников:
где волновое число Общее решение такого уравнения:
Здесь
Общее решение (29) волнового уравнения представляет собой сумму двух волновых процессов с частотой
Действительное значение вектора
Охарактеризуем основные параметры прямой волны. 1. Волна, определяемая решением (4), называется плоской, так как ее параметры не зависят от поперечных координат X и У, т.е. 2. Волна является однородной, ее параметры не изменяются в пространстве; это справедливо для однородной среды без потерь. 3. Поле плоской волны не имеет продольных составляющих векторов 4. Векторы электрического и магнитного поля плоской волны в изотропной среде всегда ортогональны 5. Между амплитудами векторов магнитного и электрического полей существует строгая связь, определяемая параметрами среды
где W - волновое сопротивление среды. Для среды без потерь эта величина вещественная. Для свободного пространства 6. Изложенное в пп. 3 - 5 позволяет записать векторное отношение между электрическим и магнитным полем в следующем виде:
где 7. Фазовая скорость 8. Длина волны 1) вектор Пойнтинга
2) плотность электрической и магнитной энергии
3) скорость распространения энергии электромагнитной волны
Плоская волна в среде с потерями. В реальных средах, в которых В однородных изотропных средах с потерями поле плоской волны описывает уравнение (29), в котором волновое число K - величина комплексная. Если магнитные потери отсутствуют, то
где
Величина этого сдвига зависит от значения удельной проводимости и колеблется от
Опишем основные особенности электромагнитной волны в среде с потерями. Волна в среде с потерями является плоской неоднородной волной, так как для нее отсутствует зависимость от поперечных координат (X, У) и она убывает с расстоянием, как
Охарактеризуем параметры плоской волны в реальных диэлектриках и проводниках. Для реальных диэлектриков
Из приведенных выражений следует, что свойства электромагнитной волны в диэлектрике не зависят от частоты. Для реальных проводников
Коэффициенты Понятие затухания или ослабления волны. Волна в реальной среде испытывает затухание пропорционально множителю Для измерения ослабления вводят логарифмические величины:
т.е. 1 Неп = 8,69 дБ. Для характеристики затухания вводят понятие глубины проникновения поля в проводник
Глубина проникновения поля
Лекция 5 Поляризация электромагнитных волн Выше было показано, что вектора ноля Для описания поляризационной характеристики поля вводят понятие плоскости поляризации электромагнитной волны. За эту плоскость условно принята плоскость, проходящая через направление векторов
3. Наиболее общий случай - поле эллиптической поляризации.
Поле любой поляризации может быть получено врезультате суперпозиции двух полей со взаимно ортогональной линейной поляризацией. Запишем электрическую составляющую двух линейно поляризованных волн с ортогональными векторами поляризации:
(40)
В зависимости от отношения амплитуд Для тангенса угла наклона плоскости поляризации
Таким образом, конец вектора Ев процессе распространения описывает окружность. Направление вращения определяется знаком перед углом
Условие прохождения и отражения волн на границе раздела двух сред
Электромагнитная волна, падающая на границу раздела двух сред под углом
Рассматривают два случая: 1) случай параллельной поляризации 2) случай нормальной поляризации
Падение плоской волны на границу раздела двух диэлектриков. Имеется две среды с общей плоской границей. Параметры сред равны 1) угол падения
2) отношение синуса угла падения и прохождения равно относительному показателю преломления сред Амплитудные соотношения между отраженной и прошедшей волной зависят от поляризации волны и характеризуются коэффициентом отражения Для случая параллельной поляризации
(41)
Для нормально поляризованной волны
(42)
При нормальном падении волны
Если вторая среда - идеальный проводник то на основании (41) и (42)
Падение плоской волны на границу поглощающей среды. Рассмотрим случай, когда вторая среда обладает большими потерями, т.е.
Так как величина
Приближенные граничные условия Леонтовича – Щукина Эти граничные условия рассматриваются для векторов электромагнитного поля на границе с реальным проводником
Выражение (44) называется приближенным граничным условием Леонтовича - Щукина. Эти условия применимы и для криволинейных поверхностей проводников, так как в каждой точке его поверхности
Понятие поверхностного тока и поверхностного сопротивления Поле в реальном проводнике убывает как Поверхностный эффект сильно уменьшает токонесущее сечение проводников и значительно увеличивает их сопротивление. Для оценки этого влияния вводят понятие поверхностного сопротивления
Сопоставляя (44) и (45} нетрудно заметить, что величина поверхностного сопротивления
где
Лекция 6 Линии передачи СВЧ диапазона Направляющие системы, или линии передачи, предназначены для передачи электромагнитной энергии. Существует много типов направляющих систем, каждая из которых применяется в определенной области техники СВЧ и в определенном диапазоне частот. Ниже будут рассмотрены линии передачи, которые по всем своим параметрам не имеют зависимости по продольной координате Z и имеют однородное заполнение. Такие линии называются регулярными и однородными. Их классификацию проводят следующим образом.
2. Линии полуоткрытого типа это линии, не имеющие полной экранировки от соседних линий передачи и внешнего пространства. К ним относятся различные полосковые линии передачи (рис. 4, г, д). 3. Линии открытого типа - это линии, не имеющие экранировки от внешнего пространства. К ним относятся двухпроводные линии, диэлектрические Рис. 4 волноводы и др. (рис. 4, е, ж). Основные технические требования к направляющим системам сводятся к следующему: минимальное затухание на единицу длины линии, максимальная экранировка или помехозащищенность, диапазонность, максимум допустимой мощности передачи. Конструкция линии должна обладать минимальными размерами, весом, стоимостью. Характерным для всех линий передач СВЧ диапазона является то, что в зависимости от их поперечного сечения электромагнитное поле в них может распространяться в виде бесконечно большого числа типов колебаний (типов волн), отличающихся друг от друга структурой поля. Параметры этих типов колебаний находятся из решения однородного волнового уравнения Гельмгольца с учетом граничных условий на стенках линии передачи. В общем случае в отличии от плоской волны в свободном пространстве электромагнитное поле во всех направляющих системах может иметь продольные составляющие поля 1. Поперечные волны (волны типа Т) - это волны, для которых 2. Волны, имеющие 3. Волны типа Е или ТН - для них 4. Волны НЕ типа - для них
Критическая частота и длина волн в линии передачи
При решении волнового уравнения полагают, что структура электромагнитного поля в регулярных линиях передачи зависит только от поперечных координат
где Анализируя значение постоянной распространения 1) если 2) если 3) если Из понятия критической частоты следует ряд очевидных равенств:
где Значение постоянной распространения в волноводе
где Длина волны в направляющей системе с учетом (3):
|
|||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2016-08-15; просмотров: 1069; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.144.222.132 (0.16 с.) |