В проводящую среду
Этот вопрос имеет практическую направленность поскольку с ним связаны вопросы экранирования защищаемых электромагнитных полей, распространения радиоволн по подземным и подводным радиотрассам, электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств и оценка поверхностного эффекта (скин-эффекта) высокочастотных токов, протекающих в проводящих средах.
Если на металлическую пластину, т.е. реальный проводник σ падает ЭМВ,то её поле частично проникает в металл (проводящую среду). Энергия этой прошедшей волны по мере проникновения в металл уменьшается, и поле описывается выражением для среды
с потерями:
(ƶ,t) = m(0) (3.22)
Из формулы следует, что амплитуда поля с увеличением ƶ, т.е. глубины проникновения, убывает по закону (рис. 3.15).
Рисунок 3.15– Проникновение ЭМП в проводящую среду
Обозначим толщину слоя металла, пройдя которую амплитуда ЭМП убывает в e раз через ∆ и будем называть её глубиной проникновения поля в металл. Величину ∆ определим из:
|
|
e = = ,(3.23)
Можно показать, что коэффициент затухания в реальном
проводнике имеет вид:
α= (3.24)
Тогда, глубина проникновения поля в металл запишется:
∆= (3.25)
Расчеты, выполненные для реальных проводников таких как серебро, медь, золото, алюминий, показывают, что величина ∆ очень мала. Так для серебра (σ = 6,25· См/м)
при длине волны облучающего поля 3 см, т.е. ⨍ = 10 ГГц, глубина проникновения поля ∆ составляет всего 1,9 мкм. Таким образом, СВЧ ток протекает не по всему сечению проводника, а по тонкому поверхностному слою (скин-эффект, «skin» с англ. «кожа»). Причем чем выше частота электромагнитных колебаний, тем тоньше проводящий слой, в котором течет высокочастотный ток.
3.5.5. Логарифмические единицы ослабления[3]
Убывание амплитуды поля с расстоянием принято характеризовать логарифмическими единицами ослабления.
Ослаблению в 1 Нп (непер) соответствует такое расстояние ƶ = ∆, на котором амплитуда напряженности поля прошедшей волны уменьшается в е раз.
Ослаблению в 1 Б (бел) соответствует такое расстояние, на котором мощность волны уменьшается в 10 раз. Единица, в десять раз меньшая 1 Б, называется децибелом (1 Б = 10 дБ).
Число 20 lg е = 8,69дает соотношение между обеими единицами измерения:
1 Нп 8,69 дБ.
Контрольные вопросы
1.Какая среда называется идеальным диэлектриком?
2.Что такое Т волна?
3.Запишите решение волнового уравнения в случае идеального диэлектрика для вектора .
4.Запишите и поясните выражение для фазовой скорости.
5.Что являетсяхарактерным признаком волнового процесса?
|
|
6.Поясните параметры волнового процесса.
7.Дайте определение поляризации электромагнитной волны.
8.Какие виды поляризации электромагнитной волны Вы знаете?
9.Сформулируйте условия получения круговой поляризации.
10.Записать и пояснить смысл выражений для векторов и в среде с потерями.
11.Пояснить основные особенности плоских волн в среде с потерями:
12.Чем отличается вид ЭМВ, распространяющейся в среде с потерями вдоль оси Оz,от ЭМВ, распространяющейся в среде без потерь?
13.Сформулируйте законы Снеллиуса.
14.Пояснить смысл коэффициентов отражения и преломления ЭМВ.
15.Как распространяетсяв пространстве возле идеально проводящей поверхности ЭМВ?
16. Что такое глубина проникновения электромагнитного поля в проводящую среду?
17. От чего зависит величина ∆?
18. Что такое поверхностный эффект (скин-эффект)?
19. Поясните основные единицы ослабления электромагнитного поля.