🗊Презентация Плоские ЭМВ в неограниченных средах

Электромагнитные поля и волны Практическое занятие №1 ПЛОСКИЕ ЭМВ В НЕОГРАНИЧЕННЫХ СРЕДАХ

Основные расчетные формулы Основные расчетные формулы 1. Уравнения Максвелла в комплексной форме, если в декартовой сис­теме координат ось oz – направление распространения плоской электромаг­нитной волны (1.1) 2. Волновые уравнения для составляющих поля (1.2) 3. Коэффициент распространения (1.3) где – коэффициент фазы, – коэффициент затухания,

комплексная абсолютная диэлектрическая проницаемость среды, – удельная проводимость среды в См/м. 4. Связь между векторами поля (1.4) где – единичный вектор вдоль oz. 5. Волновое сопротивление среды (1.5) Для диэлектрика , для проводника .

6. Коэффициент фазы 6. Коэффициент фазы (1.6) Для диэлектрика , для проводника . 7. Коэффициент затухания (1.7) Для диэлектрика , для проводника . 8. Плотность тока проводимости (1.8) 9. Плотность тока смещения (1.9)

10. Длина волны 10. Длина волны . (1.10) 11. Фазовая скорость (1.11) 12. Групповая скорость (1.12) 13. Угол сдвига фаз между в среде с потерями (1.13) 14. Классификация сред по их первичным электрическим свойствам – тангенс угла потерь.

Если tgD  10, среда является проводником. При tgD  0,1 – диэлектриком. При 0,1 < tgD < 10 среда является полупроводником. Если tgD  10, среда является проводником. При tgD  0,1 – диэлектриком. При 0,1 < tgD < 10 среда является полупроводником. При 0,1 < tgD < 10 среда является полупроводником. fгр = g/2pea– граничная частота. При частоте электромагнитной волны f  0,1fгр среда по электрическим свойствам является проводником, при f  10 fгр – диэлектриком. Если 0,1 < fгр < 10 среда – полупроводник.

Примеры решения типовых задач Примеры решения типовых задач  Определить граничную частоту различных сред: а) меди б) сухой почвы в) пресной воды; г) морской воды Решение: При условии вещество является проводником, при – диэлектриком, а при вещество обладает свойствами полу­проводника. Граничная частота определяется из равенства ; а) медь,

Таким образом, медь – хороший проводник для всего диапазона примени­мых в практике частот. Таким образом, медь – хороший проводник для всего диапазона примени­мых в практике частот. б) сухая почва, Сухая почва для ЭМВ, частота которой меньше Гц является про­водником, для ЭМВ, частота которой больше Гц, но меньше она обладает свойствами полупроводника, а в более высокочастотных диапазо­нах становится диэлектриком.

в) пресная вода в) пресная вода Пресная вода для ЭМВ, частота которой меньше Гц является про­водником, для ЭМВ, частота которой больше Гц, но меньше она обладает свойствами полупроводника, а в более высокочастотных диапазо­нах становится диэлектриком.

г) морская вода г) морская вода Морская вода для ЭМВ, частота которой меньше Гц является про­водником, для ЭМВ, частота которой больше Гц, но меньше она обладает свойствами полупроводника, а в более высокочастотных диапазо­нах становится диэлектриком.

Плоская электромагнитная волна радиостанции МВ-ДМВ диапазона с частотой 200 МГц распространя­ется в среде (ртуть) с параметрами На каком расстоя­нии амплитуда поля уменьшится на 30 дБ? Плоская электромагнитная волна радиостанции МВ-ДМВ диапазона с частотой 200 МГц распространя­ется в среде (ртуть) с параметрами На каком расстоя­нии амплитуда поля уменьшится на 30 дБ? Решение: Определим характер среды Так, как частота ЭМВ много меньше граничной частоты, то по своим свойствам среда относится к проводникам. С учетом этого коэффициент за­тухания определяется выражением

Пусть напряженность поля в начале Пусть напряженность поля в начале а в точке наблюдения Тогда затухание волны в децибелах Из этого выражения можем определить искомое расстояние Подставляя в последнюю формулу численные данные, получим

Найти и сравнить основные параметры, характеризующие распро­странение плоской электромагнитной волны в меди , и в морской воде Найти и сравнить основные параметры, характеризующие распро­странение плоской электромагнитной волны в меди , и в морской воде , частота этой волны, излучаемой радиостанцией равна 4 МГц. Решение: К основным параметрам, характеризующим распространение плоских волн, относятся: коэффициент распространения ; коэффициент фазы ; коэффициент затухания ; фазовая скорость vф; длина волны ; волновое сопротивление ; угол сдвига фаз между составляющими поля ; глубина проникновения d.

Нетрудно определить, что на заданной частоте для морской воды Нетрудно определить, что на заданной частоте для морской воды для меди то есть обе среды являются проводниками, поэтому для них коэффициенты фазы и затухания определяются по формуле Поэтому, для морской воды

для меди для меди Фазовая скорость определяется выражением для морской воды для меди: Длина волны , тогда для морской воды: ; для меди: . Волновое сопротивление для морской воды:

для меди: для меди: Поскольку коэффициенты фазы и затухания для морской воды и меди одинаковы, то угол сдвига фаз и для морской воды, и для меди. Глубина проникновения для морской воды для меди

Контрольные вопросы: Контрольные вопросы: 1. Дайте определение плоской электромагнитной волны. 2. Что относится к основным параметрам плоских электромагнитных волн, дайте их определения и запишите расчетные формулы. 3. Поясните деление сред по их электрическим свойствам на провод­ники и диэлектрики. 4. Дайте определение и поясните физический смысл параметров среды: коэффициента фазы и коэффициента затухания.

5. Перечислите виды поляризации ЭМВ и дайте их определения. 5. Перечислите виды поляризации ЭМВ и дайте их определения. 6. Дайте определение явления дисперсии и назовите ее виды. 7. Что называется поверхностным эффектом? 8. Что такое глубина проникновения? 9. Дайте определение групповой скорости. 10. Поясните взаимосвязь между групповой и фазовой скоростями.