![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Краткие теоретические сведения. Кафедра систем мобильной связиСтр 1 из 4Следующая ⇒
Кафедра систем мобильной связи Лабораторная работа №1 по дисциплине: Электромагнитные поля и волны.
Тема: РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН В ОДНОРОДНЫХ ИЗОТРОПНЫХ СРЕДАХ Выполнил: Кергилов Э.В. Группа: ЗС-31
Проверил:
Новосибирск, 2015г
1. Цель работы: Определение электромагнитных характеристик реальных сред.
Краткие теоретические сведения. Волновым процессом называется перемещение в пространстве электромагнитного возмущения с конечной скоростью. Частным случаем волнового процесса является гармоническая волна (колебание одной частоты). В отличие от колебательного процесса фаза волнового процесса имеет как временную
или в комплексной форме
Величина k называется волновым числом и показывает, на сколько радиан изменяется фаза волны на расстоянии в 1 м. Таким образом, величина k имеет размерность (kz > > 1) от источника излучения в масштабах приемной антенны фронт волны без больших погрешностей можно считать плоским, что значительно упрощает выполнение многих математических операций при решении задач электродинамики. Поэтому в инженерной практике, как правило, имеют дело с плоскими волнами Скорость перемещения фронта волны называется фазовой скоростью. При удалении от источника излучения в каждой точке пространства фаза волны принимает определенное значение, зависящее от длины пути. Длиной волны называется расстояние, на котором фаза волны изменяется на 2p. Длина волны и фазовая скорость связаны соотношением:
где: Т- период колебания частоты f.
В реальных средах волна теряет часть своей энергии в результате ее взаимодействия со средой, которое имеет тепловой характер. Среда, электрическая проводимость которой практически равна нулю, называется диэлектриком. В диэлектриках потери энергии волны связаны с явлением, которое называется электронной поляризацией диэлектрика. Под действием электрического поля волны в молекулах вещества происходит переориентация электрических зарядов. В результате чего центры тяжести положительных и отрицательных зарядов оказываются не совмещенными, и молекула становится своеобразным электрическим диполем. Такая молекула называется полярной. Существуют вещества, в которых молекулы изначально являются полярными. Примером такого вещества является обычная вода. Под воздействием кулоновых сил со стороны волны электрические диполи в диэлектрике из первоначального хаотического расположения перестраиваются вдоль силовых линий напряженности электрического. На этом процесс поляризации диэлектрика заканчивается. В процессе перестройки диполей их взаимодействие имеет характер трения, что сопровождается нагревом вещества. С ростом частоты волны интенсивность взаимодействия диполей увеличивается, и соответственно, возрастают потери. В воображаемых идеальных диэлектриках процесс их поляризации протекает практически мгновенно и не сопровождается потерями. Такие диэлектрики называются электрическими изоляторами. В средах с проводимостью отличной от нуля также имеют место тепловые потери, однако их механизм имеет принципиальные отличия от того, что происходит в диэлектриках. Свободные электроны, двигающиеся в проводниках под действием электрического поля волны, оказывают силовое воздействие на кристаллическую решетку, в узлах которой расположены нейтральные атомы. Возникает эффект, подобный трению, который сопровождается деформацией кристаллической решетки и выделением определенного количества тепла. В средах с конечной проводимостью диэлектрическая проницаемость является комплексной величиной:
где
Отношение Тангенс угла потерь принято считать критерием при делении сред на проводники и диэлектрики. Если Диэлектрическую проницаемость диэлектриков также можно представить в комплексном виде по аналогии с проводниками, введя понятие эквивалентной проводимости:
где Отношение
. В вакууме (
В реальных средах с потерями величина k приобретает комплексный характер и определяется как
где
Комплексное число k можно выразить как
Тогда формула для напряженности поля волны примет вид:
где величина β называется фазовой постоянной и имеет тот же физический смысл, что и волновое число k, а величина α называется коэффициентом затухания и имеет размерность 1/м. В общем случае для полупроводящих сред величины a и b определяются из соотношений
В случае хорошо проводящих немагнитных сред (
В случае диэлектриков, когда tgδ < < 1 и
Длина и фазовая скорость волны зависят от электрических параметров среды. В общем случае
Как следует из вышеизложенного, векторы поля Е и Н волны, распространяющейся в реальной среде, целиком определяются электромагнитными свойствами этой среды через ее параметры ε и α. Ниже излагается методика эксперимента по их определению.
|