ЭМВ в среде с потерями

1) Общее положение

Предположим плоская ЭМВ поступает в диэлектрическую среду с конечной проводимостью δ. Определим параметры α и β как ф-ии параметров среды. Воспользуемся ур-ем:

; (2.13)

где tgδ=

После преобразования ур-я 2.13 получим

α=; (2.14)

; (2.15)

Из ур-я 2.14 и 2.15 следует, что α и β зависят как от параметров среды, так и от частоты- заметим, что α определяет затухание, α и β –v распространения волн в среде.

Зависимость α и β от частоты w наз-ся дисперсией. Дисперсия приводит к искажению AZX(α(w)) и ФZX(β(w)). Представим канал связи из некоторой обл-ти распространения с заданными физ-ми параметрами в виде 4-х k.

→k(j(w))→

k(jw)- комплексный коэф-т передачи.

K(jw)=k(w)

K(w)-AZX k(w)

Ф(w)-ФЯЧ k(w)

Примечание электродинамики интересует в 2-х аспектах.

1. Информационный аспект- передача сигналов с минимальными искажениями

2. Энергетический- применение W ЭМП для быстрого разогрева материала

Эти применения используются в технике, в медицине, в научных исследованиях и в быту.

2) ЭМВ в среде с малыми потерями

Малыми считаются потери, когда

tgδ<<1; (2.16)

это случай применения техники связи.

Определим α и β для этого сл-я.

Применяя усл-я 2.16 к ур-ю 2.15 получим:

β=w; (2.17)

т.е. все параметры ЭМВ определенные через β сохраняют свое зн-е как и для вакуума.

Применим ур-е 2.16 к ур-ю 2.14. Для определения α преобразуем 2.14 в соответствии с ур-ем.

получим:

α=; (2.18)

Ур-е 2.18 может быть представлено в др. форме. воспользовавшись соотношением tgδ=, а так же =120π получим

α=60; (2.19)

3) ЭМП в диэлектриках с большими потерями

В диэлектриках с большими потерями tgδ, параметры α и β рассчитываются по формулам 2.14, 2.15. Такие диэлектрические среды не используются для передачи сигналов радиоволн, ввиду больших затуханий. Основным применением ЭМW в таких средах и веществах является тепловой нагрев, поскольку ЭМП отдает свою W вещ-ву в виде тепла.

Тепловое явление, создаваемые ЭМП нашли широкое применение в промышленности, медецине и др.(сушка древесины; стерилизация молока; в медицине тепловой нагрев)

Мощность поглощаемая некоторым объемом материала с большими потерями в общем случае оценивается по формуле:

P=; 2.20)

Где S-поверхность ограничивающая заданный объем.

Преобразуя 2.20 с помощью Максвелла получим:

P=; (2.21)

Полагая распределение энергии по объему равномерным получим:

P≈0.6*f; (2.22)

Поглощение ЭМ энергии происходит неравномерным по объему. Мощность, поглощения телом определяется по формуле:

P=; (2.23)

Где:

Коэф-т затухания.

l- глубина проникновения поля среду

- входная мощность.

За глубину проникновения поля в среду принимается величина при которой мощность поля ослабевает в е раз.

∆=1/2a(2.24)

Оценки параметров нагрева в микроволновой печи проводится на основании ф-лы:

Pt=m(-); (2.25)

Где:

P- мощность источника поля, Вт

t- время нагрева, с

m- масса, кг

- удельная теплоемкость нагреваемого вещества Дж/кг*к

- конечная и начальная температура нагревания

− глубина проникновения -2,5 см

2.3.поляризация ЭМВ

Поляризация- характеристика ориентации векторов ЭМП при распространении.

Поскольку векторы Е и Н ортогональны друг другу, то в качестве критерия поляризации используется ориентация вектора Е.

Существует 3 вида поляризации:

а) линейная

б) круговая

в) элиптическая

Линейная поляризация- это когда вектор Е при распространении волны находится в плоскости- плоскости, в которой лежит вектор Пайнтинга.

Линейная поляризация подразделяется на:

-вертикальную (вектор Е лежит в вертикальной плоскости)

-горизонтальную (в горизонтальной)

Круговая - при которой конец вектора при распространении описывает круговую спираль. Она создается сложением 2-х ортогональных линейных поляризации с одинаковыми амплитудами.

Эллиптическая – при которой(когда) конец вектора при распространении описывает эллиптическую спираль. Она создается сложением 2-х ортогональных линейных поляризаций с различными амплитудами. На практике – это испорченная кривая.

2.4 Групповая и фазовая скорости ЭМВн.

Фазовая скорость – скорость изменения фаза при распространении в заданном направлении.

Групповая скорость – скорость переноса Wгии сигнала в заданном направлении.

В свободном пространстве если направление рассматриваемое совпадает с направлением вектора Гойтнтинга, то U_ф и U_гр равны.

U_гр совпадает со U переноса энергии только в следующие узкополосных сигналов.

Различия между U_ф и U_гр возникают если рассматриваемое поле направление скоростей не совпадает с направлением распространения. Этот факт проявляется как правило, в ограниченном пространстве.

U_гр всегда < U_света

U_ф может быть больше С.

Плоская волна падает под углом. Определим U_ф и U_гр в направлении AC.

В свободном пространстве

В любом пространстве(ограниченном или нет) между U_ф и U_гр существует соотношение

; (2.27а)

В свободном пространстве или в ограниченных устр-вах, заполненных воздухом это соотношение выглядит

; (2.27б)

Глава 3. ЭМВ_ны в ограниченных средах.

Дата добавления: 2014-01-14