- •Минобрнауки россии
- •1.1. Распространение электромагнитной волны
- •1.2. Распространение электромагнитной волны
- •1.3. Распространение электромагнитной волны
- •1.4. Глубина проникновения электромагнитного поля в проводник
- •2. Задание в соответствии с вариантом задания (табл. 4):
- •2.1. Рассчитайте размеры волновода для заданного типа электромагнитного поля с учетом заданного диапазона рабочих частот волновода с воздушным заполнением.
- •3. Содержание отчета
- •3.1. Результаты расчета размеров поперечного сечения направляющей системы с точностью до 0.1 мм.
- •3.2. Распределение силовых линий электромагнитного поля и токов в поперечном и продольном сечениях направляющей системы.
- •Список рекомендуемой литературы
Минобрнауки россии
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Санкт-Петербургский государственный электротехнический
университет “ЛЭТИ” имени В.И. Ульянова (Ленина)»
(СПбГЭТУ)
Распространение электромагнитных волн
в направляющих системах
Методические указания
к курсовойработе по дисциплине
“Электродинамика”
Санкт-Петербург
Издательство СПбГЭТУ “ЛЭТИ”
2013
1. Основные положения
Направляющие устройства обеспечивают движение потока энергии, переносимой электромагнитной волной, в заданном направлении. В зависимости от вида направляющих устройств в них могут распространяться электромагнитные волны разных типов: чисто поперечные или Т-волны (TEM-волны), электрические или Е-волны (ТМ-волны); магнитные или Н-волны (ТЕ-волны), а также гибридные волны. На данные типы электромагнитные волны подразделяются по наличию продольных (вдоль оси направляющего устройства) компонент полей. По отношения к координате, направленной вдоль оси направляющего устройства, в Т-волнах векторы E и H имеют только поперечные составляющие; в Е-волнах вектор E имеет поперечную и продольную составляющие, а вектор H – только поперечную; в Н-волнах вектор H имеет поперечную и продольную составляющие, а вектор E – только поперечную; в гибридных волнах оба вектора имеют и продольные и поперечные составляющие.
По наличию в конструкции замкнутого проводящего экрана принято разделять направляющие устройства на открытые линии передачи и волноводы. Линии передачи, в конструкции которых имеется один или несколько проводящих экранов, ограничивающих область распространения волны, называют волноводами. По количеству изолированных проводящих поверхностей, входящих в состав конструкции направляющего устройства, различают односвязные, двухсвязные, многосвязные линии передачи и линии передачи нулевой связности. Так прямоугольный (рис. 1) и круглый (рис. 2) волноводы относят к односвязным закрытым линиям передачи, а коаксиальный волновод (рис. 3) к двухсвязным. Чисто поперечные волны могут распространяться только в двухсвязных или многосвязных линиях передачи (причем как в открытых линиях, так и в волноводах). Электрические и магнитные волны в любых линиях передачи. Гибридные волны могут существовать в неоднородных линиях передачи (заполненных неоднородной средой).
Метод изучения волновых процессов в волноводах основан на решении уравнений Гельмгольца для комплексных амплитуд электрического и магнитного полей:
(1)
где волновое число, диэлектрическая и магнитная проницаемости свободного пространства: ε08.851012Ф/м,04107Гн/м; εrиrотносительные диэлектрическая и магнитная проницаемости материала, заполняющего волновод.
Рис. 1. Прямоугольный волновод |
Рис. 2. Круглый волновод |
Рис. 3. Коаксиальный волновод |
Рассмотрим для простоты случай, когда проводящие элементы волновода изготовлены из идеального проводника, тогда граничные условия имеют вид:
(2)
где Lвнутренняя поверхность проводящей стенки волновода;nвнешняя нормаль кL.