LEC_1 (732113)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

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 

n_телев. = 4000, n_телеф. = 6*10⁶

Миллиметровый диапазон  = 1 10 мм, f = 30-300 ГГц, ∆f  270 ГГц, n_тв  4 ^. 10⁴, n_тф = 6 ^. 10⁷

Если посмотреть на оптический диапазон  = 0,3  3 мкм, f = 10⁵ – 10⁶ ГГц, f = 9 ^. 10⁵ ГГц. n_тв  1,5 ^. 10⁸, n_тф  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.

ℓ

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

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

t_зап - время запаздывания при распространении сигнала в цепи.

Предположим l - линейные размеры цепи, С - скорость света, тогда t_зап = . 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).

+ - p^э = 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

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов реферата