Лекция 1


Основы теории электромагнитного

поля.


1.1. Информативность различных диапазонов волн.

1.2. Диапазон сверхвысоких частот (СВЧ).

1.2.1. Особенности СВЧ диапазона.

1.3. Поля или цепи ? Условие квазистационарности.

1.4. Векторные характеристики электромагнитного

поля.

1.5. Материальные уравнения среды.

1.6. Методы описания физических явлений и расчета

устройств СВЧ.


1.1. Информативность различных диапазонов волн.


В последнее время все большее количество людей переходят из сферы материального производства в сферу обработки, хранения и передачи информации. Информацию можно излучать, либо передавать по кабельным линиям, волноводам, световодам и т.д. Количество информации непрерывно растет. Ограничением является количество каналов. Любой канал может передать только определенную информацию.


тф

музыкальная передача


газета

ТВ

20кГц f

240 МГц

6 МГц



Рассмотрим диапазоны метровых волн (КВ). = 10 100 [м], f = 30 3 [МГц], f = 27 Мгц. Если в этом диапазоне вести телевидение, то можно организовать четыре канала или 6000 телефонных каналов.

Диапазон УКВ.

= 1 10 [м], f = 300 30 [МГц], f = 270 Мгц

число телевизионных каналов - 40

число телефонных каналов - 6*104

Сантиметровый диапазон:

= 1 10 см, f = 30 3 ГГц, f = 27 ГГц

nтелев. = 4000, nтелеф. = 6*106

Миллиметровый диапазон = 1 10 мм, f = 30-300 ГГц, ∆f 270 ГГц, nтв 4 . 104, nтф = 6 . 107

Если посмотреть на оптический диапазон = 0,3 3 мкм, f = 105 – 106 ГГц, f = 9 . 105 ГГц. nтв 1,5 . 108, nтф 2 . 1011, то можно удовлетворить все потребности технического прогресса. С ростом частоты увеличивается информативность. Наращивание каналов связи - это освоение более высокочастотных диапазонов.


1.2. Диапазон сверхвысоких частот (СВЧ)


Диапазон СВЧ : 1 ГГц - 100 Ггц 1 ГГц = 109 Гц


1.2.1. Особенности СВЧ диапазона.


  1. Остронаправленность излучения при сравнительно небольших размерах излучателей.

  2. Большая информативность.

  3. Квазиоптический характер распространения волн.


1.3. Поля или цепи ? Условие квазистационарности.


Аппарат теории цепей есть, он могучий. Зачем нужна теория электромагнитного поля? Противопоставлять теорию цепей и теорию поля нельзя. В одних условиях лучше одна теория, в других другая. Рассмотрим простейшую схему.









Вопрос: Какие показания будут давать амперметры ? Одинаковые или нет в любой фиксированный момент времени?

Ответ: Да, если Т >> tзап. Запаздыванием процесса колебании от одной точки к другой можно пренебречь. Т - период колебаний источника;

tзап - время запаздывания при распространении сигнала в цепи.

Предположим l - линейные размеры цепи, С - скорость света, тогда tзап = . Если Т >> Т С >> l, т.к. Т С = , следовательно:


>> l - условие квазистационарности.

(1.3.1.)

Если условие квазистационарности выполняется, то можно пользоваться теорией цепей. Когда условие квазистационарности не выполняется, нужен другой анализ. В сантиметровом и оптическом диапазонах используется теория поля.


1.4. Векторные характеристики электромагнитных

полей.


Для полного описания свойств электромагнитных полей нужно знать положение, величину и направление в пространстве четырех векторов.

Е - вектор напряженности электрического поля.

Е(х, у,z,t) [В/м]

D - вектор электрического смещения

D(x,y,z,t) [кл/м2]

Н - вектор напряженности магнитного поля.

Н(х,у,z,t) [А/М]

В - вектор магнитной индукции

В(x,y,z,t) [Вб/м2]



Е, В - характеризуют силовые характеристики полей.



D,H - характеризуют источники ЭМП


1.5. Материальные уравнения среды.


Материальные уравнения устанавливают связь между векторными характеристиками электромагнитных полей одинаковой природы. Рассмотрим связь между векторами D и Е, В и Н.

Электромагнитные процессы могут протекать в самых разных условиях. Электромагнитные волны пронизывают ионосферу (от спутника до земной антенны). От свойств среды зависят условия распространения. Физики подробно дают ответ на такие вопросы (физика твердого тела, физика плазмы и т.д.). В простом представлении (грубая модель) среды

разделяют на диэлектрические и магнитные. Диэлектрические среды состоят из зарядов одинаковой величины и противоположных по знаку (диполей).





+ - pэ = q ℓ - электрический момент.


Многочисленные эксперименты и строгие теоретические выводы подтверждают связь:

 

D = a E


где а - абсолютная диэлектрическая проницаемость

среды.

Для вакуума a = 0 = 8,85 * 10-12 [Ф/м].

Вводят понятие относительной диэлектрической проницаемости: a = отн 0


отн =


В справочной литературе указаны значения отн. Для магнитных веществ ситуация аналогичная:

 

B = a H

a - абсолютная магнитная проницаемость.

Для вакуума:

a = 0 = 4 * 10-7


Для удобства расчетов вводят понятие относительной магнитной проницаемости :


отн =


Выражения (1.5.1.) называют материальными уравнениями среды.

 

D = a E

 

B = a H

 

пр = E (1.5.1.)

пр - плотность тока проводимости []

- удельная проводимость среды [].


1.6. Методы описания физических явлений и расчета

устройств СВЧ диапазона.


  • Электродинамика, как основа описания физических явлений в СВЧ диапазоне.

  • Уравнения Максвелла, как обобщение экспериментальных законов электричества и магнетизма.
















5




Случайные файлы

Файл
28785.rtf
104260.rtf
1473.rtf
19787-1.rtf
183181.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.