История создания датчика движения: Первый прибор для обнаружения движения был изобретен немецким физиком Генрихом Герцем...
Археология об основании Рима: Новые раскопки проясняют и такой острый дискуссионный вопрос, как дата самого возникновения Рима...
Топ:
Особенности труда и отдыха в условиях низких температур: К работам при низких температурах на открытом воздухе и в не отапливаемых помещениях допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие...
История развития методов оптимизации: теорема Куна-Таккера, метод Лагранжа, роль выпуклости в оптимизации...
Когда производится ограждение поезда, остановившегося на перегоне: Во всех случаях немедленно должно быть ограждено место препятствия для движения поездов на смежном пути двухпутного...
Интересное:
Уполаживание и террасирование склонов: Если глубина оврага более 5 м необходимо устройство берм. Варианты использования оврагов для градостроительных целей...
Отражение на счетах бухгалтерского учета процесса приобретения: Процесс заготовления представляет систему экономических событий, включающих приобретение организацией у поставщиков сырья...
Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов: Изучение оползневых явлений, оценка устойчивости склонов и проектирование противооползневых сооружений — актуальнейшие задачи, стоящие перед отечественными...
Дисциплины:
2017-10-21 | 173 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
Волны электрического типа.
Зададимся направлением вектора Пойнтинга падающей волны . Тогда фронт падающей волны, под которым подразумевается плоскость одинаковой фазы, будет нормален к вектору . Обозначим следы плоскостей одной фазы сплошными линиями (рисунок 5).
Рисунок 5 – Расположения вектора Е в плоскости падения
Условимся, что каждая сплошная линия сдвинута по отношению к соседней на расстояние, равное половине длины волны. В пределах каждой такой линии вектор Е неизменен по величине и направлению. В соседних линиях вектор Е одинаков по величине и обретен по направлению. Задавшись направлением вектора Е в какой-либо линии фронта и, зная направление вектора П, можно однозначно определить ориентацию вектора Н. Падающая волна, достигнув металлической плоскости, вызывает отраженную волну, фронт которой распространяется в направлении вектора Пойнтинга отраженной волны П. При определении направления векторов Е ов фронтах отраженной волны следует исходить из граничных условий у идеальной металлической поверхности, в силу которых суммарная тангенциальная составляющая вектора поля Е у поверхности должна быть равна нулю. Направление вектора Н оопределяется направлением вектора Е ои ориентация вектора Пойнтинга отраженной волны П о.
На рисунке 6 на сетке фронтов падающей и отраженной волн показано направление суммарных векторов в точках пересечения фронтов. Линии вектора образуют характерные замкнуты петли.
Рисунок 6 – Силовые линии электрического поля
На рисунке 7 на сетке фронтов падающей и отраженной волн показано направление суммарных векторов , ориентированных нормально к плоскости рисунка.
|
Рисунок 7 – Силовые линии магнитного поля
На рисунке 8 дана общая картина распределения в полупространстве силовых линий электрического и магнитного полей, построенная по рисункам 6 и 7. Изображенные картины соответствуют фиксированному моменту времени. Они движутся вдоль металлической плоскости слева направо. Определим масштаб полученных картин и скорость их движения.
На рисунке 9 показано отдельно пересечение двух фронтов падающей волны с двумя фронтами отраженной волны. Из рисунка следует, что
, . (14)
Рисунок 8 – Общая картина электрического и магнитного поля
Таким образом, масштаб картин определяется длиной волны и углом падения плоской волны на металлическую плоскость.
Рисунок 9 – Падающая волна с двумя фронтами отраженной волны
Из рисунка 8 видно, что поле, перемещающееся вдоль границы а, обладает только поперечными по отношению к направлению перемещения составляющими магнитного поля H. Электрическое поле E помимо поперечной обладает продольной составляющей, совпадающей по направлению с вектором фазовой скорости.
Подобную волну называют волной электрического типа и обозначают Е. Таким образом, волной типа Е называют такую, у которой существует продольная составляющая вектора напряженности электрического поля и нет продольной составляющей вектора напряженности магнитного поля.
Волны магнитного типа
Вектор Е перпендикулярен плоскости падения.
Ход рассуждений при рассмотрении второго случая аналогичен первому случаю. Отличие заключается в том, что замкнутые петли линий E во втором случае заменяются замкнутыми петлями линий H.
Масштабы картин поля и выражения для фазовой скорости также аналогичны. В первом случае образуется волна типа Е, во втором случае поле E не имеет продольных составляющих, совпадающих по направлению с вектором фазовой скорости, и расположено в плоскости, перпендикулярной направлению распространения.
Продольной составляющей обладает поле H. Такую волну называют, волной магнитного типа и обозначают, Н. Проведенный анализ показывает, допустимость ограничения распространения электромагнитного поля с одной стороны металлической плоскостью. Попробуем ограничить электромагнитное поле с двух сторон, поместив параллельно первой металлической плоскости вторую.
|
Двухплоскостной волновод.
Поместим выше первой металлической плоскости вторую бесконечную плоскость из идеального металла таким образом, чтобы не нарушить имеющейся картины поля. Для этого вторую плоскость следует размещать на расстояниях , где n=1,2,3,… - ряд целых чисел. При этом поле E будет подходить к металлическим плоскостям нормально, а поле H - тангенциально. Граничные условия будут, соблюдены и картина поля между двумя плоскостями будет, такой же, как и в случае одной плоскости.
Картина поля при n=1 и волне типа Е показана на рисунке 10. Волна подобного типа обладает одной вариацией поля по направлению, перпендикулярному плоскостям, и называется волной типа E 1. Картина поля при n=2 и волна типа H2
Рисунок 10 – Картина поля волны типа Е
Рисунок 11 – Картина поля волна типа H
С учётом выражения (14) расстояния между плоскостями:
(15)
Величина зависит от угла падения φ. Если требуется волна более высокого типа, например 2n при неизменном угле φ, то для ее возникновения следует в два раза увеличить расстояние . Минимальное расстояние, при котором возможно существование волны с n=1:
.
Минимальное расстояние, при котором возможно существование волны с n=2, . При , это условие является условием единственности волны с n=1. Все волны с большими индексами не смогут распространяться между двумя плоскостями. При расстоянии возникает волна с n=2 и не сможет возникнуть волны с n=3. Однако одновременно сможет существовать и волна с n=1, называемой основной. Таким образом, путем надлежащего выбора расстояния между плоскостями можно обеспечить условие единственности волны основного типа и нельзя обеспечить условие единственности волн высшего типа. Введение второй плоскости позволило еще более ограничить электромагнитное поле в пространстве. Система из двух бесконечных плоскостей физически нереальна. Далее будут рассмотрены реальные канализирующие системы – волноводы.
|
Заметим, на основании формулы (15), что при в двухплоскостном волноводе не могут существовать волны типа E или H. Однако, если силовые линии магнитного поля ориентированы тангенциально по отношению к плоскостям, а силовые линии электрического поля перпендикулярны к ним, как показано на рисунке 12, возникает волна, у которой вектор Пойнтинга ориентирован вдоль оси волновода. Подобная волна не обладает продольными составляющими электрического и магнитного полей и называется волной типа . Поскольку вектор Пойнтинга в такой волне совпадает с осью распространения, фазовая скорость волны типа T равна скорости света в среде, заполняющей волновод. Угол падения φ такой волны должен быть равен 90°.
Рисунок 12 – Взаимное расположения векторов Е и Н
|
|
Состав сооружений: решетки и песколовки: Решетки – это первое устройство в схеме очистных сооружений. Они представляют...
Историки об Елизавете Петровне: Елизавета попала между двумя встречными культурными течениями, воспитывалась среди новых европейских веяний и преданий...
Особенности сооружения опор в сложных условиях: Сооружение ВЛ в районах с суровыми климатическими и тяжелыми геологическими условиями...
История развития пистолетов-пулеметов: Предпосылкой для возникновения пистолетов-пулеметов послужила давняя тенденция тяготения винтовок...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!