Строгое решение задачи распространения электромагнитной энергии по направляющим системам, образующим разнообразные кабели связи требует применения средств электродинамики и решения уравнений Максвелла. Методы электродинамики позволяют решить все задачи передачи, излучения, поглощения в любой направляющей системе и в любом частотном диапазоне. НС имеет достаточно сложную структуру, поэтому их при анализе вводится ряд допущений и роцесс распространения энергии разбивается на независимые процессы:
передачу;
излучение;
поглощение.
Каждый из этих процессов определяет те или иные свойства НС. При анализе НС параметры среды усредняются по объему, среда обладает следующими свойствами:
- изотропностью, т.е
- линейностью, т.е. ;
однородностью, т.е. параметры среды не зависят от координаты.
При анализе НС анализируются гармонические колебания, т.к.
сигнал любой формы может быть представлен супперпозицией гармонических составляющих в виде ряда Фурье.
Уравнения Максвелла (первое и второе) обобщают основные законы электродинамики: закон полного тока и электромагнитной индукции. Уравнения записываются в интегральной (4.1) и дифференциальной форме (4.2).
|
|
; (4.1)
;
; (4.2)
.
Для гармонических колебаний справедливо
(4.3)
Обозначим , где - комплексная диэлектрическая проницаемость, соотношение мнимой и действительной частей которой определяет свойства среды:
- проводник;
- диэлектрик.
Кроме уравнений (4.1) и (4.2) используются уравнения (4.3) и (4.4).
; (4.4)
Уравнения (4.4) означают, что электрическое поле имеет заряды, а магнитные заряды не существуют. Силовые линии электрического поля начинаются и заканчиваются на зарядах, от зарядов они расходятся (или сходятся) в окружающее пространство. Силовые линии магнитного поля всегда направлены по нормали к металлическим поверхностям, линии магнитного поля параллельны к проводящим поверхностям. В соответствии с (4.2) изменяющееся во времени магнитное поле порождает переменное электрическое поле и наоборот. Процесс распространения электромагнитного поля поясняется на рисунке 4.1.
Рисунок 4.1- Распространение электромагнитного поля