Н.С. Голубева, В.Н. Митрохин - Основы радиоэлектроники сверхвысоких частот - 2008 (1261905), страница 23
Текст из файла (страница 23)
При распространении электромагнитной волны в продольном поле подмагничивания наблюдается вращение плоскости поляризации (эффект Фарадея),в поперечном-двойное лучепреломление.Вопросы1.Поясните механизм возникновения гармоник при распространении электромагнитного монохроматического поля в нелинейном диэлектрике.2.Как называется расстояние, на котором обмен энергией между полем и средой происходит в одном направлении и амплитуда гармоники поля возрастает или, наоборот, убывает?3.При каком условии амплитуда гармоники поля по мере его распространения возрастает?4.Для анизотропной или изотропной нелинейной среды возможно выполнение условия волнового синхронизма?5.Поясните механизмы поляризации: электронной, ионной и ориентационной.6.Опишите явления самофокусировки и самоканализации энергии при распространении луча с большой плотностью энергии.7.Свойствами какой среды (диэлектрика или проводника) характеризуется плазма вслучае, если :а) частота распространяющегося поля больше собственной частоты плазмы;б) частота распространяющегося поля меньше собственной частоты плазмы?8.9.Дайте определения линейной, круговой и эллиптической поляризаций плоской волны.На составляющие каких поляризаций можно разложить волны линейной, круговой иэллиптической поляризаций?10.Какой вид имеет тензор магнитной проницаемости ферромагнитной среды , находя11.Что происходит с плоской электромагнитной волной линейной поляризации при рас12.Что происходит с плоской электромагнитной волной линейной поляризации при расщейся в постоянном магнитном поле?пространении в ферромагнитной среде или плазме при продольном подмагничивании?пространении в ферромагнитной среде или плазме при поперечном подмагничивании?Задачи1.Электромагнитное поле распространяется в нелинейном диэлектрике.
Покажите,- зависимости нелинеинои- поляризациичто в случае квадратичноисреде появятся три составляющие вектора поляризации Р(О) ,ставляющие поля Е(О) ,2.=е хP(ro), P(2ro)0 2Е2ви три соE(ro), E(2ro).Используя результаты решения задачи1,определите расстояние, называемое длиной когерентности, на котором обмен энергией междуодну сторону отрнлP(2ro)кE(2ro)иE(2ro)P(2ro) и E(2ro) происходит вE(2ro) к P(2ro) и E(2ro)возрастает или отубывает.3.Определите условие, называемое условием волнового синхронизма, при которомэнергия основного распространяющегося поляE(ro)благодаря переизлучению, осуществляемому средой, по мере распространения переходит в энергию поляE(2ro).Задачи4.Определитеf=5фазовуюскоростьrшоской147монохроматическойволнычастотойМГц, распространяющейся в плазме без потерь с концентрацией электроновп = 2-10 11 м-3 •5.Вычислите ослабление электромагнитного поля частотойf = 15МГц при прохождении слоя плазмы толщиной 3 см с концентрацией электронов п = 1018 м-3 •6.Намагниченная ферромагнитная среда на частоте ro = 1,5-1010 с-• имеет параметрыЕ= 10и1,91(µ;k) = -}~69(Определите толщину rшастиныl,j0,691,91опри которой сдвиг фаз между обыкновенной и необыкновенной волнами составит 90°.7.Определите толщину намагниченной ферромагнитной пластины, при которой на1частоте ro = 1,5-10 10 с- поворот плоскости поляризации составит угол 90°.
Параметры ферромагнетика приведены в задаче 6.4.ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕМОНОХРОМАТИЧЕСКОГО ИСТОЧНИКАВ ОГРАНИЧЕННЫХ СРЕДАХ4.1. Наклонное падение электромагнитнойволнына плоскую границу раздела двух сред.Формулы ФренеляПри рассмотрении падения электромагнитной волны на плоскую границураздела двух сред удобно совместить плоскость раздела с одной из координатных плоскостей. Тогда при наклонном падении направление распространенияволны не совпадает ни с одной из осей координат и в общем случае распространение волны можно характеризовать волновым комплексным векторомk = p-ja.При этом поле падающей волны описывается выражениямиЕтн.гдеr-т=Е e-jkr.'т-н-те- 11<r'радиус-вектор, определяющий положение в пространстве исследуемойточки.Вектор р перпендикулярен плоскости равных фаз и определяет направлениеи скорость перемещения этой плоскости, вектор а перпендикулярен плоскостиравных амплитуд и определяет изменение амплитуд.
Векторы а и р могут быть ине параллельны.Если векторы а и р параллельны (плоскости равных фаз и равных амплитудсовпадают), то плоская электромагнитная волна называется однородной. Есливекторы а и р не параллельны (плоскости равных фаз и равных амплитуд несовпадают), то плоская волна называется неоднородной.В отличие от однородной волны неоднородная волна имеет продольные, т. е.совпадающие с направлением распространения волны, составляющие вектора ЕилиН.4.1.Наклонное падение электромагнитной волны149(1)Среда без потерьСреда с потерямип(2)Рис.4.1. К образованmо неоднородных волн:- --плоскость равных фаз;== = = =-плоскость равных амплитудНеоднородные плоские воmIЫ образуются при наклонном падении волны награmщу раздела двух сред. При этом векторы а иJ} по величине и направлению определяются не только параметрами среды, в которой волна распространяется, и частотой поля, но и характером возбуждения волны.Например, плоская однородная вomia падает на граmщу раздела двух сред.
Первая среда-без потерь, втораяс потерями (рис.-4.1).Если фазовая скорость вовторой среде меньше, чем в первой, то плоскость равных фаз изменит направление(угол, образованный вектором1}(2) и нормальюк плоскости раздела, направленной вовторую среду, уменьшается). Очевидно, что затухание поля определяется расстоянием от плоскости раздела. В этом случае вектор O{z) перпендикулярен плоскости раздела.
Во второй среде с потерями распространяется плоская неоднородная волна.Обе среды линейные и без потерь. Пусть две однородных изотропныхсреды, из которых первая характеризуется параметрами Е1,µ1 ,а вторая Е2,разделены плоской границей, совпадающей с плоскостью х10х2 (рис.В первой среде под углом0µ 2,4.2).распространяется плоская однородная волна спостоянной распространенияk(I)Угол0,= O)✓Ealµal ·образованный нормалью к плоскости раздела и направлением распространения волны, называется углом падения (за положительное направлениенормали принимаем направление, совпадающее с осью х3).Рис.4.2. Наклонное падениена границу раздела двух сред(1)и(2)4.150Электромагнитное поле в ограниченных средахПлоскость, проведенная через нормаль к плоскости раздела и направлениераспространения волны, назьmается плоскостью падения.Волна, распространяющаяся от источника, называется падающей, а поле еепервичным.
Это поле вызывает колебания свободных и связанных зарядов, находящихся на плоскости раздела. Колебания свободных и связанных зарядовявляются причиной возникновения вторичного поля, распространяющегося впервую средуполя отраженной волны, и во вторую среду--поля прошедшей или преломленной волны.Угол, образованный направлением распространения отраженной волны инаправлением нормали к плоскости раздела, называется углом отражения (угол7t- 0 0 ); угол, образованный направлением распространения преломленной волны и нормалью,-углом преломления (угол 1Э ).Поле в первой средеE(I), H(I)определяется как сумма падающей Е , Н и отраженной Ео, Но волн:E (l) =Е+Е 0 ; HCI) =Н+Н 0 .Поле во второй среде Е<2), Н(2) определяется полем преломленной волны.Рассмотрим случай горизонтальной и вертикальной линейной поляризации, таккак все возможные другие случаи можно представить как суперпозицию этих двух.Если вектор Е параллелен плоскости раздела, то поляризация назьmается горизонтальной.
При этом вектор Н лежит в плоскости падения. Если вектор Е лежит вплоскости падения, а вектор Н параллелен плоскости раздела, то поляризация называется вертикальной. Случай произвольной линейной поляризации можно представить как сумму горизонтальной и вертикальной поляризаций, совпадающих по фазево времени; круговую поляризацию-как сумму вертикальной и горизонтальнойлинейных поляризаций, одинаковых по амплитуде и сдвинутых по фазе во временина ТТ/2; эллиптическую поляризацmо-как сумму вертикальной и горизонтальнойполяризаций разных по амплитуде и сдвинутьrх по фазе во времени.В случае линейной поляризации для упрощения решения удобно совместитьдругую координатную плоскость, например х2 0х3 (рис.ПлоскостьПлоскостьпаде нияпаденияаРис.4.3. Наклонное падеJШе :апри горизонтальной поляризации; б --4.3),с плоскостью паде-бпри вертикальной поляризацииНаклонное падение электромагнитной волны4.1.151ния.
Тогда в случае горизонтальной поляризации с осью х 1 совпадает направление вектора Е, в случае вертикальной направление вектора Н, и выражения,определяющие поле, упростятся. Векторk (l)k(l) имеет только две проекции= (0, k(I) sin 0 , k(1) cos 0),скалярное произведение векторовk(l) и rимеет вид(k(l)r) = k(l)(x2 sin 0+ х3 cos0).Рассмотрим случай горизонтальной поляризации. Поле падающей волныопределяется следующими выражениями:_ Е J(rot- k(1)(x2 sin 0 + х3 cos 0)].Е.
-е1 те,· 0) j[wt-k(l)(x2 sin0+xзcos0)]. = Н т ( е cos 0 - е sше.2(4.1)3"В среде без потерь векторы Е и Н совпадают по фазе:где Z 01 = {µ-:;- - волновое сопротивление первой среды.~~Поскольку поле падающей волны не зависит от координаты х1 , то из условиясимметрии очевидно, что вторичное поле не зависит от координаты х1 , т. е. отраженная и преломленная волны также распространяются в плоскости падения.Пусть постоянная распространения отраженной волны равнаko= roo.Jea1µa1,тогда выражения для поля отраженной волны имеют вид:Е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
