15. Электромагнитные процессы в проводниках и диэлектриках.

Металлы и диэлектрики существенно отличаются проводимостью. Металлы практически во всех диапазонах частот являются проводниками, в диэлектриках (полиэтилен, полистирол и др.) на всех частотах преобладают токи смещения. Естественные среды (почва, вода, лёд) обнаруживают свойства проводников в области низких частот, а в области высоких частот действуют как диэлектрики. Потери электромагнитной энергии при распространении в диэлектриках незначительные.

Если по проводнику протекает переменный ток, то в нем возникает поверхностный эффект. Вследствие поверхностного эффекта ток с ростом частоты вытесняется на края проводника, т.е. протекает только по поверхности проводника, что приводит к увеличению его сопротивления при увеличении частоты.

Поверхностный эффект с ростом частоты возрастает. Поверхностный эффект в большей степени проявляется в проводниках с большим удельным сопротивлением.

С поверхностным эффектом связаны эффект близости и эффект действия окружающих масс. Эффект близости проявляется в симметричной паре (рис). В этом случае происходит перераспределение плотности токов в проводниках.

Рис. Эффект близости в симметричной паре.

В кабеле всегда располагается несколько симметричных пар, есть другие металлические элементы. В этом случае возникает перераспределение электромагнитных полей, приводящее к изменению распределения плотности токов, что также увеличивает сопротивление цепи.

16. Типы и классы электромагнитных волн.

Класс волны определяет наличие продольных составляющих поля ( и ). В общем случае структура поля имеет по три составляющих электрического и магнитного полей. В конкретных системах некоторые из этих составляющих обращаются в нуль. Существуют следующие классы волн:

Т – поперечно-электромагнитная ТЕМ-волна ( );

Е – электрическая или поперечно-магнитная ТМ-волна ( );

Н – магнитная или поперечно-электрическая ТЕ-волна ( );

ЕН и НЕ – смешанные гибридные волны ( ).

ТЕМ-волны содержат только поперечные составляющие поля, т.е. силовые линии поля целиком лежат в поперечных плоскостях и в точности повторяют картину силовых линий статического и стационарного режимов.

Волны Е и Н кроме поперечных составляющих содержат по одной продольной составляющей поля. Силовые линии этих волн располагаются как в поперечном, так и в продольном сечениях НС.

Гибридные волны содержат шесть компонент поля, в том числе и продольные составляющие и . Такие волны возбуждаются в световодах и диэлектрических волноводах.

Классы волн делятся также по типам- модам. Тип волны определяется сложностью структуры поля в поперечном сечении НС, т.е. числом максимумов и минимумов поля в этом сечении.

Мода – это самосогласованное распределение поля, которое сохраняется при распространении волны вдоль НС, не содержащей неоднородностей. Число распространяющихся мод в НС бесконечно, эти волны отличаются наличием тех или иных составляющих поля, а, следовательно, и его структурой. Различают основной тип волны и волны высших типов. Основная мода имеет простейшую структуру. В двухпроводных НС основной является ТЕМ-волна. Типы волн обозначаются двумя числовыми индексами n и m, которые означают число полных изменений (вариаций) поля по поперечным координатам.