Elektryczno i Magnetyzm Wykad Jan Gaj Pokazy Tomasz

Elektryczność i Magnetyzm Wykład: Jan Gaj Pokazy: Tomasz Kazimierczuk/Karol Nogajewski, Tomasz Jakubczyk Wykład dwudziesty szósty 18 maja 2010

Z poprzedniego wykładu n Fala elektromagnetyczna w drutach Lechera w powietrzu (prędkość v = c), kierunki pól elektrycznego i magnetycznego n W wodzie długość fali skraca się wielokrotnie n Fala elektromagnetyczna w otwartej przestrzeni, opis fal harmonicznych n Efekt naskórkowy w przewodniku n Transformator Tesli n Mikrofale, polaryzacja, odbicie fali od płaszczyzny przewodzącej

Widmo fal elektromagnetycznych Tu byliśmy Tu jesteśmy To mamy w domu

Mikrofale w ośrodkach n Plexi nie pochłania znacząco mikrofal n Szkło pochłania je częściowo n Woda pochłania je skutecznie

Magnetron

Klistron refleksowy

Dioda Gunna (J. B. Gunn, 1928 - 2008) www. st-andrews. ac. uk/ 1963 Wyjaśnienie: masa efektywna elektronów w arsenku galu rośnie przy dużych energiach

Detekcja mikrofal

Odbicie od powierzchni metalu k 1 + = k 2 k 1 k 2 Na palcach: kąt padania równy kątowi odbicia Fala bieżąca wzdłuż powierzchni i stojąca prostopadle do niej

Odbicie fali od powierzchni metalu Na płaszczyźnie r ki i kr Pole elektryczne styczne znika przy powierzchni Amplituda na powierzchni Wnioski Polaryzacja w pł. padania: odbicie w fazie Polaryzacja pł. ip. : faza odbicie w przeciwfazie Amplituda fali odbitej dla obu polaryzacji (na pewno? ) Zgodność faz Dla danej częstości kr = ki Składowe wektora falowego stąd Kąt padania = kąt odbicia, promień Prawo odbity odbicia w pł. padania

Pole elektryczne i magnetyczne przy odbiciu n Składowa równoległa do powierzchni pola elektrycznego odbija się w przeciwfazie n Dla zachowania skrętności składowa równoległa pola magnetycznego musi odbijać się w fazie n Konsekwencja: na odbijającej płaszczyźnie tworzy się węzeł fali stojącej pola elektrycznego i strzałka fali stojącej pola magnetycznego

Straty energii przy odbiciu (padanie prostopadłe) Gęstość mocy (na jedn. powierzchni) = gęstość objętościowa energii prędkość fali Gęstość mocy traconej = moc w warstwie naskórkowej na jedn. powierzchni I d b a Oszacowanie (dla próżni): Dla miedzi = 1. 7 10 -8 m, przy 10 GHz d = 0. 65 10 -6 m Oszacowanie względnej straty przy odbiciu: /d. Rf = 2. 5 10 -2 / 377 jest rzędu 10 -4 – bardzo małe straty

Mikrofala n Kierunek pola elektrycznego n Pomiar długości fali w powietrzu n Przyjmujemy prędkość c, stąd częstość mikrofali n Pomiar długości fali w falowodzie, wyznaczenie prędkości v > c. Co to znaczy?

Fala między płaszczyznami przewodzącymi x H z Najprostsze rozwiązanie: fala biegnąca w kierunku z jak w falowodzie koncentrycznym Poszukajmy możliwych rozwiązań dla fali harmonicznej Jeśli kx = ky = 0, mamy, jak dotychczas, falę TEM. Jeśli kx 0, pojawiłoby się podłużne pole elektryczne na płaszczyznach, chyba że fala wygasi się tam przez interferencję. Czy fala TEM może rozchodzić się w falowodzie prostokątnym?

Fala między płaszczyznami przewodzącymi 0 + = 0 A więc w falowodzie Czy to możliwe?

Fala TEn między płaszczyznami przewodzącymi: odbicie w przeciwfazie x d k 1 E 2 = -E 1 k 2 z czyli Odbicie w przeciwfazie Pole elektryczne ma znikać na obu płaszczyznach: x = 0 oraz x = d Dozwolone są więc tylko wartości kx, dla których kxd = n Taką falę możemy nazwać TEn (transversal electric ), gdzie n = 0, 1, … Tak, np. TE 0 n Czy taka fala może rozchodzić się w falowodzie prostokątnym?

Fala TMn między płaszczyznami przewodzącymi: odbicie w zgodnej fazie x d E 2 k 1 E 1 k 2 z czyli Fala stojąca w kierunku x, a bieżąca w kierunku z. Ważna jest składowa z – ma znikać na płaszczyznach Dozwolone są tylko wartości kx, dla których kxd = n Taką falę możemy nazwać TMn (transversal magnetic), gdzie n = 0, 1, … Nie! Czy taka fala może rozchodzić się w falowodzie prostokątnym?

Falowód prostokątny n Nie jest możliwa fala TEM (bo składowa równoległa pola elektrycznego ma znikać) n Oznaczenia modów TElm i TMlm, gdzie pierwszy wskaźnik odnosi się do fali stojącej wzdłuższego boku n Dla TMlm musi być l > 0 i m > 0, aby zawsze znikała równoległa składowa pola elektrycznego n Dla TElm jeden wskaźnik może być równy 0

Falowód prostokątny - przykłady