Добавил:
antikok Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

ТЭД - Лекция 4 2018

.pdf
Скачиваний:
15
Добавлен:
04.04.2024
Размер:
2 Мб
Скачать
☆

Излучение элементарного электрического вибратора

3

 

в дальней зоне

 

kr >>1

2πr >> λ

 

k = 2π / λ

&

i imcml

 

µ

 

i(ωt−kr)

&

i imcml

 

i(ωt−kr)

Eθ =

 

 

 

sinθ e

 

Hϕ =

 

sinθ e

 

2λr

 

ε

 

2λr

 

 

 

 

 

 

 

 

Переход от сферической волны к плоской

4

 

R

Em = E&0 exp(−ikz)

R

 

&

&

 

H

 

=

[z0,E0

]exp(−ikz)

m

 

 

 

 

Zc

 

 

 

 

 

 

Для комплексных амплитуд векторов

E&m = const(x, y) H& m = const(x, y)

sinθ = const r

exp(−ikr) = exp(−ikr0 + z)

В общем случае могут быть x,y компоненты

&

&

&

 

= −Z

&

 

Exm

= Zc Hym

E

ym

H

xm

 

 

 

c

 

Плоской называется волна, ПРФ (поверхности равных фаз) которой образуют семейство параллельных плоскостей

22

 

 

 

Комплексные электрическая и магнитные

5

 

 

 

 

 

 

проницаемости

 

Уравнения Максвелла в комплексной форме

 

 

 

 

&

&

 

&

 

 

iσ

&

 

 

 

 

 

 

rotH

= σE + iωεE

= iωε (1−

ωε

)E

 

 

 

 

 

 

Обозначив

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ε = ε (1−

iσ

)

σ

 

= tgδ -тангенс угла электрических потерь

 

ωε

ωε

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При наличии поляризационных потерь

 

 

&

 

&

 

 

~

 

iσ

 

 

 

 

 

 

 

rotH = iωεE

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ε = ε −

 

 

 

= ε

0

(ε '

−iε" ) =

ε

exp(−iδ )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ωε

 

r

r

 

 

 

Аналогично

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

&

 

 

&

 

 

µ = µ0 (µ'r −iµ"r

)

 

 

 

 

rotE = −iωµH

 

 

 

 

 

 

Плоская волна в однородной изотропной среде

6

 

R R

≠ f (x, y)

 

 

 

 

 

 

 

E, H

 

 

 

 

 

 

 

d

2 &

 

 

 

 

d

2 &

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Em

 

+ k

2 &

= 0

Hm

+ k

2 &

= 0

k = ω ε µ

 

 

 

 

 

dz

2

 

Em

 

dz2

Hm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E&m = E&0 exp(−ikz) +

Рассмотрим случай

k = Rek + iImk = ω

E&1 exp(ikz)

= ; ε = ε (1− ωεiσ )

εµ(1−itgδ )

Возведем в квадрат

 

 

 

 

 

 

 

 

(Rek)2 − (Imk)2 = ω2εµ 2(Rek)(Imk) = −ω2εµtgδ

(*)

(Rek)2 = ω2εµ (1±

 

 

 

 

 

 

 

 

1+ tg2δ )

Rek = ±β

2

 

 

 

Аналогично

 

 

 

 

 

 

 

Imk = ±α

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

β = ω εµ ( 1+ tg2δ +1) α = ω εµ ( 1+ tg2δ −1)

 

2

 

2

 

 

 

7

Плоская волна в однородной изотропной среде

Очевидно из (*) что Rek,Imk должны иметь разные знаки. Тогда

1) k = β − iα,

 

2) k = −β + iα

exp(−αz)exp(−iβz)

Две волны

exp(αz)exp(iβz)

 

 

t = t0 + t, z = z0 + z

 

ω t = β z

Ψ = Ψ0

 

волна распространяется вдоль Z волна распространяется противоположно Z

E&1 = 0

E&m = E&0 exp(−ikz) = E&0 exp(−αz)exp(−iβz)

Плоская волна в однородной изотропной среде

8

 

Из уравнения Максвелла

 

&

 

 

 

&

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

&

]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kH

 

 

 

= ωεE

 

 

 

&

 

=

[z0,E0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

− kH

ym

= ωεE

xm

 

H0

 

 

Zc

 

 

 

 

 

характеристическое

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Zc сопротивление волны

&

 

 

 

&

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xm

 

 

 

ym

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

c

=

k

 

=

 

 

 

 

µ

 

 

=

 

 

Z

c

 

eiΨc

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ωε

 

 

 

 

 

 

ε(1−itgδ )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ΨΨ ==

δδ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

c

 

=

 

 

µ cosδ /ε

/ 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В среде без потерь

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

δ = 0

 

Zc

 

= Zc = µ /ε Ψc = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

&

&

−αz

e

−iβz

α

коэффициент

Em

= E0e

 

 

ослабления

 

 

&

]

 

 

 

 

&

]

 

 

δ

&

=

[z0,E0

−αz

 

−iβz

=

[z0,E0

−αz

−i(βz+

2 )

Hm

 

Zc

 

 

e

 

e

 

 

Zc

 

 

e

 

e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Плоская волна. Свойства

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

&

 

=

&

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Em

Exm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

&

 

R

&

 

 

 

−αz

cos(ωt − βz)

 

 

 

 

 

 

 

E

= x0E0e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

&

 

 

R

E0

 

 

 

−αz

 

 

 

 

 

δ

 

 

H

= y0

 

 

Zc

 

 

e

 

 

cos(ωt − βz −

2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В среде без потерь

 

 

 

 

Свойства

 

 

 

 

R &

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

&

 

cos(ωt − kz)

 

 

-волна поперечная

 

E = x0E0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

&

&

 

 

&

 

 

R

 

E0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Em

Hm

 

H

= y0

 

Zc

cos(ωt − kz)

 

 

 

 

ПРФ – z=const

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Фазовая скорость

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v

=

 

ω

 

 

 

=

ω

=

 

 

 

1

 

 

 

 

β -коэффициент фазы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ф

 

 

Rek

 

 

 

 

 

β

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

εµ ( 1

+ tg2δ +1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

Волна в диэлектрике

10

 

tgδ <<1

1+tg2δ =1+0.5tg2δ

β ω εµ(1+ 1tg2δ ) 8

Тогда

v

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

= c(1−

1

tg2δ )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ф

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

εµ(1+

tg2δ )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2π

c

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

λ =

 

 

 

 

 

(1

−

 

tg

2δ )

 

β

f

8

Аналогично

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

α = ω

 

 

 

 

tgδ = σ

µ

 

 

 

 

 

 

εµ

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

ε

 

 

 

 

Волна в проводнике

11

 

tgδ >>1

λ = β = µσω / 2 = πfµσ

Затухание волн

12

Em (z)/ Em (z + l) = exp(αl)

измеряют в неперах (Нп) и децибелах (дБ)

1Нп=8.69дБ [ 20lg]

Для меди

 

 

 

 

 

 

 

 

α =

 

πfµσ 14800Нп / м

 

 

0

α 0 =1

Глубина проникновения

 

 

 

 

 

0

= 1/α 1/ πfµσ