Электромагнитные волны

ГРАФИК

Выполнения курсовой работы по дисциплине

«Электромагнитные поля и волны »

–––п/п	Объем выполняемых работ	Недели
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	Разработка темы курсового проекта	+
2	Обзор литературы		+
3	Обзор литературы			+
4	Обзор литературы				+
5	Проверка оборудование на совместимость					+
6	Проектирование системы						+
7	Проектирование системы							+
8	Проектирование системы								+
9	Оформление в соответствии с требованиями									+
10	Защита										+

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное учреждение

высшего профессионального образования

"Забайкальский государственный университет"                                                         Факультет технологии, транспорта и связи/ факультет заочный                                                                                                      

 Кафедра физики и техники связи

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине

«Электромагнитные поля и волны»

На тему:

«Исследование электромагнитного поля в прямоугольном волноводе размером 40*20 мм»

Проектировал:

студент группы ТКО-14: Литвинцев К. И.  

Руководитель курсового проекта:

Доцент, заведующий каф. ФиТС: Свешников Игорь Вадимович

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение……………………………………………………………………..…….6

1. Электромагнитные волны........................................................................... 8

2. Система уравнений Максвелла. Направляемые

Электромагнитные волны…………………………………………………...…..11

3. Структура электромагнитного поля в прямоугольном волноводе………...20

3.1 Система уравнений для E-волн............................................................... 20

3.2 Система уравнений для H-волн.............................................................. 24

4. Анализ решения уравнений Максвелла для прямоугольного

волновода....................................................................................................... 26

5. Структура поля волны в волноводе прямоугольного сечения.............. 29

5.1 Распределение токов проводимости по стенкам волновода, в

котором распространяется волна Н₁₀........................................................... 32

5.2 Физический смысл индексов m и n, входящих в обозначение

собственных волн прямоугольного волновода............................................ 34

6. Расчет параметров волны Н10 в прямоугольном волноводе

40х20 мм........................................................................................................ 35

Заключение……………………………………………………………………….38

Список используемых источников................................................................ 41

 

ВВЕДЕНИЕ

Электромагнитная волна в устройствах и системах связи должна распространяться по определенному пути и достигать пункта назначения с наименьшими потерями. Эту функцию выполняют направляющие системы, их называют также линиями передачи или волноводами.

Направляющие системы должны удовлетворять следующим требованиям:

- малое затухание;

- обеспечение заданной передаваемой мощности;

- экономическая целесообразность (малый вес, доступные материалы, простота конструкции и технологии производства).

Применяются следующие конструкции направляющих систем:

- двухпроводные линии;

- коаксиальный кабель;

- линии поверхностной волны;

- металлические волноводы.

Основными, широко используемыми линиями передачи закрытого типа, являются коаксиальный волновод, прямоугольный, круглый и эллиптический волноводы. Данные линии передачи более широкополосны, дешевле и проще в изготовлении, имеют высокую электрическую прочность необходимую для передачи большой мощности, высокую механическую прочность, обеспечивающую высокую надежность, длительный срок службы, устойчивость к механическим воздействиям и минимальные потери энергии.

Волновод представляет собой полую металлическую трубу, стенки которого выполняются из хорошо проводящего материала (медь, латунь). Во избежание коррозии волноводы часто гальванически покрывают тонким слоем серебра или другого стойкого к коррозии металла (золото, никель).

В сантиметровом и миллиметровом диапазонах длин волн основным типом линий передачи являются волноводы с прямоугольным поперечным сечением.

Целью данного курсового проекта является расчет характеристик электромагнитного поля в проводящем прямоугольном волноводе размером 40*20 мм.

Задачи курсового проекта:

- решение системы уравнений Максвелла при заданных граничных условиях;

- расчет следующих параметров электромагнитной волны внутри волновода:

 - диапазон длин волн прямоугольного волновода;

 - критические длины волн;

 - критические частоты волны основного типа;

 - фазовую и групповую скорость волны основного типа;

 - коэффициент распространения волны в волноводе;

 - характеристическое сопротивление волны основного типа;

 - коэффициент затухания волны с длиной, выбранной из рабочего диапазона.

 

 

Электромагнитные волны

Электромагнитные волны — распространяющееся в пространстве возмущение электрических и магнитных полей.

Существование электромагнитных волн было теоретически предсказано великим английским физиком Дж. Максвеллом в 1864 году. Максвелл проанализировал все известные к тому времени законы электродинамики и сделал попытку применить их к изменяющимся во времени электрическому и магнитному полям. Максвелл ввел в физику понятие вихревого электрического поля.

Утверждение о существовании электромагнитных волн является непосредственным следствием решения системы уравнений Максвелла.

Согласно этой теории следует, что переменное электромагнитное поле распространяется в пространстве в виде волн, фазовая скорость которых равна:

 (1.1),

где  - скорость света в вакууме;

ε – диэлектрическая проницаемость среды;

μ – магнитная проницаемость среды;

Векторы  и  поля электромагнитной волны взаимно перпендикулярны друг другу. Вектор скорости волны  и векторы  и образуют правую тройку векторов (Рис. 1.1).

Взаимно перпендикулярные векторы  и колеблются в одной фазе. Модули этих векторов связаны соотношением:

 (1.2),

которое справедливо для любой бегущей электромагнитной волны независимо от ее формы.

 

Рисунок1 - Электромагнитная волна

 

Если в спектр волны входит всего одна составляющая по частоте, такую электромагнитную волну называют монохроматической. В каждой точке электромагнитного поля монохроматической волны проекции векторов  и на оси координат совершают гармонические колебания одинаковой частоты . Например, для плоской монохроматической волны, распространяющейся вдоль положительного направления оси ОY (рис 1.1), ее уравнение примет вид:

(1.3)

Объемная плотность энергии электромагнитного поля в линейной изотропной среде задается соотношением:

 (1.4),

где с - скорость света в вакууме.

В случае плоской линейно поляризованной монохроматической волны, распространяющейся вдоль положительного направления ОY, напряженность электрического поля задается уравнением:

(1.5).

Соответственно объемная плотность энергии этой волны:

 (1.6).

Значение объемной плотности энергии волны меняется за период от 0 до Т.

 (1.7).

Среднее за период значение энергии равно:

 (1.8).