КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Тензор проницаемости
Для изучения особенностей распространения электромагнитных волн в анизотропных средах необходима аналитическая форма записи ее параметров. Рассмотрим случай продольно намагниченного ионизированного газа, когда постоянная распространения и поле подмагничивания совпадают с осью 0z. Движение ионов учитывать не будем т.к. они практически не влияют на происходящие процессы в диапазоне радиочастот из-за большой массы частиц. Используя закон Ньютона можно записать уравнение движения электрона под действием поля распространяющейся электромагнитной волны в виде Подстановка (204) в выражение для плотности полного электрического тока в плазме – плотность тока проводимости, позволяет представить параметры среды в виде тензора диэлектрической проницаемости
– компоненты тензора; – плазменная частота, соответствующая частоте колебаний электронов с концентрацией Ne около положения равновесия после прекращения действия возмущающих сил. При взаимодействии электромагнитной волны с поперечно намагниченной плазмой, когда подмагничивающее поле ориентировано вдоль 0у, а постоянная распространения совпадает с осью 0z yz векторное произведение в уравнении движения электрона (1.38) преобразуется к виду и после совместного решения с уравнением полного тока (1.40) тензор диэлектрической проницаемости принимает вид с компонентами εi, определенными в выражении (207). Используя уравнение движения магнитного момента некомпенсированного электрона феррита в суммарном поле подмагничивания и внешней электромагнитной волны с вектором , при условии слабых гармонических воздействий несложно получить по аналогии с параметрами намагниченного ионизированного газа два тензора магнитной проницаемости
где компоненты тензора При учете потерь в ферритах и столкновении частиц в ионизированном газе компоненты тензоров проницаемости (207) будут комплексными величинами с конечными значениями на резонансной частоте. Особенности распространения плоской волны в анизотропных средах Тензорный характер параметров приводит к возникновению новых физических эффектов при распространении электромагнитных волн в анизотропных средах. Рассмотрим наиболее простые идеализированные случаи распространения плоских волн в безграничных однородных анизотропных средах. Входящую в анизотропную среду линейно поляризованную электромагнитную волну представим суперпозицией волн правой и левой круговых поляризаций с векторами половинной амплитуды Используя материальное уравнение и составляющие тензора (206), с учетом выражений (212), (213) можно записать для проекций векторов смещения электромагнитной волны в продольно намагниченной плазме следующие соотношения: и представить поле распространяющихся волн с круговыми поляризациями в виде
При распространении циркулярно поляризованных волн в продольно намагниченном феррите аналогичным способом анализируется структура поля в анизотропной среде с помощью выражений (212), (213), составляющих тензора (210) и материального уравнения . В этом случае магнитная и электрическая индукции для право- и левополяризованных волн имеют вид: Из полученных соотношений (216)-(222) видно, что плоская электромагнитная волна с линейной поляризацией при распространении в анизотропной среде с продольным подмагничиванием распадается на две волны с круговой поляризацией, для которых намагниченные плазма и феррит представляют собой изотропную среду с эффективными скалярными параметрами: –в случае правой круговой поляризации и
–в случае левого направления вращения вектора поляризации. Обе волны имеют разные постоянные распространения (при конечных величинах подмагничивающего поля) и фазовые скорости здесь V0 - фазовая скорость волны при отсутствии подмагничивающего поля. Волновое сопротивление для каждой из этих волн также различно: где Z C – характеристическое сопротивление исследуемой среды при отсутствии поля подмагничивания. Изменение напряженности постоянного магнитного поля наиболее сильно сказывается на характеристиках волны с правой круговой поляризацией, так как частотные зависимости проницаемостей (207) имеют резонансный характер, а величины обращаются в бесконечность на гиромагнитной частоте. В реальных условиях распространения любая среда обладает потерями, поэтому проницаемости (223), (224) являются комплексными величинами и имеют конечные значения на резонансной частоте. Учитывая (212-222) можно представить суммарное поле в виде Анализ последнего выражения показывает, что по мере перемещения ЭМВ вдоль оси 0z в продольно намагниченной плазме суммарный вектор напряженности электрического поля будет смещаться в плоскости x0y по часовой стрелке на угол рис. 96, б), так как принятой величине подмагничивающего поля соответствует неравенство . Поворот плоскости поляризации в процессе распространения плоской волны называется эффектом Фарадея, а среды, способствующие возникновению данного эффекта, – гиротропными. При этом наблюдается невзаимный эффект – при изменении направления распространения (рис 96, в) вектор Е будет докручен на угол θ в сравнении с первоначальным распространении ЭМВ
Рис. 96. К пояснению эффекта Фарадея
Из-за отличия величин характеристических сопротивлений среды для волн круговой поляризации (226) амплитуды напряженностей электрических полей также не равны, поэтому электрическое поле суммарной волны будет эллиптически поляризованным. Если однородная плоская волна распространяется в безграничной анизотропной среде перпендикулярно направлению подмагничивающего поля , то постоянная распространения, фазовая скорость и характеристическое сопротивление среды определяются выражениями
Как видно, параметры данной волны не зависят от величины поля подмагничивания и соответствуют характеристикам волны при распространении в изотропной среде (без постоянного магнитного поля). Поэтому эта волна называется обыкновенной. Параметры необыкновенной волны, для среды, описываемой эквивалентной диэлектрической проницаемостью вида определяются
При распространении плоской, линейно поляризованной волны в поперечно наманиченном феррите наблюдаются те же закономерности: волна произвольной ориентации распадается на обыкновенную с постоянной распространения и необыкновенную: распространяющиеся с разными фазовыми скоростями. Вследствие отличия фазовых скоростей обыкновенной и необыкновенной волн в процессе распространения будут изменяться разность фаз между ними и соответственно поляризация суммарной волны (рис. 97). Преобразование линейной поляризации плоской волны в эллиптическую при распространении в анизотропной среде с поперечным намагничиванием называется эффектом Коттона-Мутона.
Рис. 97. Поперечное подмагничивание ферритов: а – геометрия задачи; б – двойное лучепреломление
Рассмотренные эффекты наиболее четко проявляются в неограниченной среде. Наличие границ раздела с анизотропной средой и наклонное падение электромагнитных волн приводят к усложнению процесса взаимодействия и происходящих явлений: –за счет многократных отражений от границы слоя продольно намагниченного ионизированного газа или феррита результирующая волна окажется эллиптически поляризованной даже в случае линейной поляризации падающей волны, а связь угла поворота оси эллипса поляризации с длиной анизотропного образца стает нелинейной; –при наклонном падении на границу образца с поперечным подмагничиванием может произойти двойное лучепреломление (отражение) – расщепление преломленных (отраженных) лучей, один из которых соответствует обыкновенной волне, а другой – необыкновенной (рис. 97, б).
Дата добавления: 2014-01-07; Просмотров: 1936; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |