Типи і класи електромагнітних хвиль

Створення ЕП

Електронні посібники створюються з використання гіпертекстових технологій та технологій мультімедіа.

Мультимедіа (англ. multimedia від лат. multum – багато і medium – осередок засобів) це комплекс апаратних та програмних засобів, які дозволяють працювати в діалоговому режимі з різнорідними даними (графікою текстом, звуком, відео), яка організована в вигляді однієї інформаційної середи.

Тобто мультимедіа об’єднує чотири типа різнорідних даних (графіку, текст, звук і відео) в єдине ціле

Термін “гіпертекст ” був введений Тедом Нільсоном в 60-і роки. Так називався текст, в який включені інтерактивні посилання на інші документи. За їх допомогою читач, вказавши на яке-небудь слово чи фразу, негайно отримує додаткову інформацію за відповідним предметом.

Гіпермедіа – більш широке поняття, яким позначають документи, які включають в себе мультімедіа-інформацію, наприклад, звук чи відео.

Характер розповсюдження електромагнітних хвиль в направляючих системах, структура поля і діапазонні властивості систем залежать, перед усім, від класу хвиль, що використовується для каналізації енергії Існують наступні класи хвиль:

Т – поперечно – електромагнітна

Е – електрична або поперечно – магнітна ТМ – хвиля

Н – магнітна або поперечно – електрична ТЕ – хвиля.

ЕН та НЕ – гібридні, змішані хвилі.

Хвиля Т –основна хвиля, містить в собі лише поперечні складові (електричного Е та магнітного Н полів), повздовжні складові E_Z H_Z дорівнюють 0, тобто силові лінії поля цілком лежать у поперечних площинах і в докладності повторюють картину силових ліній поля при статичній напрузі і постійному полі. Хвиля Т існує лише в лініях, що мають не менш двох ізольованих провідників, що знаходяться під різними потенціалами. Вони використовуються при передачі енергії в порівняно обмеженому діапазоні частот по провідникових системах, де визначальними (домінуючими) є струми провідності (симетричні та коаксіальні кабелі).

Хвилі Е та Н – хвилі вищого порядку. Вони обов’язково містять в собі, окрім поперечних електромагнітних полів (Е_┴ та Н_┴) по одній повздовжній складовій поля; для хвиль Е поле E_Z ≠ 0 і для хвиль Н поле Н_Z ≠0. Тому їх силові лінії розташовуються як у поперечних та повздовжніх перетинах направляючих систем. Ці хвилі збуджуються у досить високому діапазоні частот, де визначальними є струми збудження. Вони використовуються для передачі енергії в металевих та діелектричних хвилеводах.

Процес передачі основних хвиль пов'язаний з потенційним полем, а хвилі вищого порядку Е та Н – з вихровим полем.

Хвилі Е та Н можна передавати по однопровідним направляючим системам, наприклад хвилеводах. Для цих хвиль треба повздовжня складова поля Е чи Н, які задають напрям руху енергії вздовж лінії. Різниця потенціалів створюється між стінками хвилеводу. Тому по хвилеводу передається лише дуже короткі хвилі, довжина яких повинна бути такою, щоб в перетині хвилеводу могло вкластися ціла кількість півхвиль, або хоч би одна.

Гібридні або змішані хвилі містять в собі всі шість компонентів поля, втому числі обидві поздовжні складові Е та Н. До числа змішаних хвиль відносяться хвилі, що передаються по світловодах і діелектричних хвилеводах. Гібридні змішані хвилі поділяються на два типа: НЕ – з переважанням у поперечному перетині поля Н і ЕН – з переважанням в поперечному перерізі поля Е.

Поруч з поділом на класи електромагнітних хвиль діляться також по типам. Тип хвилі чи мода, визначається складністю структури, тобто цілим числом максимумів та мінімумів поля в поперечному перетині. Мода позначається двома числовими індексами n та m. Індекс n означає, наприклад, у круглих хвилеводах число повних змін по окружності хвилеводу, а індекс m – кількість змін за діаметром.

. При збудженні в коаксіальному великих струмів зміщення (а це має місце на високих частотах коли λ<D) внутрішній провідник стає непотрібним і енергія розповсюджується по законам хвиле водної передачі. Розглядається хвиля як серія плоских хвиль.

Швидкість розповсюдження ЕМ хвиль залежить від параметрів направляючої системи (геометричних розмірів, середовища - параметрів діелектрику) а також і частоти.

Фазова швидкість – це швидкість зміни фази поля

Для хвилеводу

=

Звідси видно, що фазова швидкість хвиль Е та Н залежить від частоти, тобто має місця дисперсія (розсіювання, тобто означає, що хвилі з різною частотою будуть розповсюджуватись з різними швидкостями, що призводить до того, що в цілому не буде чіткого фронту надходження енергії сигналу на кінець лінії, направляючої системи, хвилеводу)

Групова швидкість – це швидкість руху цілого спектру хвиль. (Швидкість максимуму огинаючої групи суміжних хвиль чи частот). Характеризує в цілому швидкість розповсюдження цілої групи хвиль.

Для двох провідникових НС

V =

Для хвилеводів

для простору де ε = μ = 1:

Дисперсія ВС – залежність групової та фазової швидкості хвилі від довжини хвилі. За перенесення енергії у ВС відповідає групова швидкість, тому ми будемо розглядати дисперсію, як залежність групової швидкості від довжини хвилі.

Розглянемо механізм існування міжмодової дисперсії. Тип хвилі (мода) визначається числом варіацій поля самої хвилі вздовж поперечного розміру ВС.

Процес розповсюдження хвилі у ВС – процес відбивання хвилі від границі розділу і між сусідніми точками відбивання повинно розміститися ціле число півхвиль.

Це число і визначає тип хвилі і як видно з малюнку кожен тип хвилі має свій кут відбиття . Між точками відбиття хвиля розповсюджується в середині світловоду з абсолютною швидкістю V= c/n, групова швидкість – в першому наближенні є проекція абсолютної швидкості розповсюдження хвильового фронту на вісь ВС.

Завдяки тому, що , V_гр1 V_гр2, що спричиняє міжмодову дисперсію.

Міжмодова дисперсія має місце навіть в тому випадку, коли ширина спектральної лінії джерела випромінювання нескінченно мала.

В межах одного типу хвилі розповсюдження сигналу між відбиваннями йде з різною абсолютною швидкістю, за рахунок того, що показник заломлення залежить від . Оскільки V_гр в першому наближенні є проекцією абсолютної швидкості хвильового фронту на вісь ВС, то групові швидкості також відрізняються для різних довжин хвиль.

Хвилеводна дисперсія

Виникає за рахунок розповсюдження хвилі в направляючій хвилеводній структурі з наявністю відбиття від границь розділу серцевина – оболочка. Необхідність виконання умов розповсюдження хвилі у хвилеводній структурі призводить до того, що навіть у межах однієї моди кут падіння – відбиття залежить від довжини хвилі і при кінцевій ширині спектральної лінії джерела випромінювання це призводить до хвилеводної дисперсії.

= - повна дисперсія ВС

;

;

1. Фізичні процеси у направляючих системах (поверхневий ефект та ефект близькості). Конструкції симетричних та коаксіальних кабельних кіл.

Дата добавления: 2015-05-26