Лекция 5 ПЛОСКИЕ ВОЛНЫ В НЕОГРАНИЧЕННЫХ СРЕДАХ

Цель лекции: дать студентам основные сведения из теории рас­пространения плоских волн в неограниченных средах, необходимые для решения практических вопросов, связанных с распространением электромагнитных волн в конструкционных материалах.

Проработав материал данной лекции, студенты должен знать ос­новные определения из теории электромагнитных волн (луч, фронт волны, фазовая скорость, плоскость поляризации, виды поляризации)

знать ориентацию векторов Е и Н относительно друг друга и отно­сительно направления распространения в плоской однородной волне с линейной поляризацией. Уметь определять характеристическое со­противление среды, зная её параметры. Уметь рассчитывать фазовую скорость и коэффициент затухания в вакууме, в диэлектрике без по­терь, в диэлектрике с потерями.

Основные определения

В теории электромагнитных волн используются такие понятия, как луч, фронт, фазовая скорость, плоскость поляризации, виды поля­ризации. Лучом называется отрезок прямой, вдоль которой распро­страняется электромагнитная волна. В однородной изотропной среде волны движутся прямолинейно с постоянной скоростью.

Фронтом волны называется геометрическое место точек с оди­наковой фазой электромагнитной волны. Скорость перемещения фронта волны относительно направления передачи электромагнитной энергии называется фазовой скоростью.

Для точечного излучателя в изотропной среде фронт волны имеет вид сферы (рис. 10), такая волна называется сферической.

На больших расстояниях от излучателя фронт волны можно счи­тать плоским, а лучи, поскольку они всегда перпендикулярны фронту, параллельны (рис 11).

В природе такие волны не существуют, но при решении многих вопросов целесообразно и допустимо считать электромагнитные вол­ны плоскими

 

Рисунок 10 - Сферическая волна

А А Фронт

Луч

Рисунок 11 - Плоская волна

Линейный излучатель большой длины является источником ци­линдрических волн с фронтом волны в виде цилиндра. Лучи цилинд­рической волны расходятся радиально, но только в плоскостях пер­пендикулярных оси излучателя (рис 12).

 

Рисунок 12 - Цилиндрическая волна Плоскость, проходящая через вектор Е и ось 1 вдоль которой распространяется электромагнитная волна, называется плоскостью поляризации. Различают линейно (плоско) и эллиптически поляризо­ванные волны. Круговая поляризация является частным случаем эл­липтически поляризованных волн. При линейной поляризации векторэлектрического поля (как и магнитного) сохраняет неизменное на­правление в процессе распространения волны.

Если две плоско поляризованные волны имеют равную частоту, постоянный сдвиг фаз (900), взаимно перпендикулярны плоскости поляризации и одинаковую интенсивность, то в результате получается

волна с круговой поляризацией (рис 13). В ней векторы Е и Н вза­имно перпендикулярны, но каждый из векторов в процессе распро­странения волны описывает в пространстве круговую спираль. Рас­смотрим процесс получения волны с круговой поляризацией. Первая волна поляризована в плоскости хох , вторая в плоскости уох . Если геометрически сложить векторы электрических полей обеих волн, то можно убедиться, что результирующий вектор в процессе распро­странения волн описывает круговую спираль.

 

 

 

 

 

 

у

 

3           ^5 6

Рисунок 13 - Диаграммы иллюстрирующие получение волн с круговой поляризацией