Зависимость режима работы волновода от вида его нагрузки

Контрольная работа - Компьютеры, программирование

Другие контрольные работы по предмету Компьютеры, программирование

градусах) коэффициента отражения плоской электромагнитной волны от угла падения (от 0 до 90) для вертикальной (параллельной) и горизонтальной (перпендикулярной) поляризации падающего поля. Вычислить длину волны и фазовую скорость электромагнитной волны и фазовую скорость электромагнитной волны в первой и второй среде, а также угол Брюстера или, соответственно, угол полного внутреннего отражения.

Формула для коэффициента отражения плоской электромагнитной волны в случае перпендикулярной поляризации:

 

 

Здесь

- волновое сопротивление первой среды (воздух).

- волновое сопротивление второй среды (лед), с учетом того что лед является средой, в которой имеют место диэлектрические потери.

Учитывая, что данные среды (воздух и лед) являются немагнитными, Гн/м.

- тангенс угла потерь в диэлектрике, - удельная проводимость среды (лед), ; .

По закону Снеллиуса:

 

,

 

- углы падения и преломления соответственно.

Выразим через :

 

.

 

Найдем значения модуля и фазы коэффициента отражения :

 

.

 

Построим зависимость модуля и фазы коэффициента отражения от угла падения , для этого воспользуемся системой MathCAD. Подставляя выраженные ранее значения волновых сопротивлений и , угла , получаем:

Рис. 1. График зависимости модуля от угла падения .

 

Рис. 2. График зависимости фазы от угла падения .

Аналогично по формуле коэффициента отражения для случая параллельной поляризации

 

 

построим зависимости модуля и фазы от угла падения:

 

Рис. 3. График зависимости модуля от угла падения .

Рис. 4. График зависимости фазы от угла падения .

 

Вычислим длину волны и фазовую скорость электромагнитной волны в первой и второй среде, а также угол Брюстера:

 

, ,

 

где - длина волны в вакууме.

Для воздуха:

Для льда:

Угол Брюстера:

 

 

Параллельно поляризованная волна при величине угла падения , преломляясь на границе раздела сред полностью проходит во вторую среду, при этом отраженной волны наблюдаться не будет.

Ввиду того, что волна переходит из оптически менее плотной среды в оптически более плотную, явление полного внутреннего отражения наблюдаться не будет.

 

2.С помощью программы MathCAD построить графики и определить характер поляризации напряженности электрического поля для режимов, заданных в табл. 1

 

Наименование12Ex10sin100t10sin100tEy10sin100t10sin(100t+?/13)График Тип поляризацииЛинейнаяЭллиптическаяНаименование34Ex10sin100t10sin100tEy32sin100t10cos100tГрафик Тип поляризацииЛинейнаяКруговаяНаименование5Ex32sin100tEy10sin100tГрафик Тип поляризацииЛинейная

3.Исследовать аналогично характер поляризации напряженности магнитного поля в волноводе с сечением 2310 на волне при частоте 10 ГГц и напряженности электрического поля

 

Задавая различные значения x в диапазоне от 0 до 23 мм, определить, при каких значениях будут режимы линейной, круговой и эллиптической поляризации.

Используя анимацию процессов, выявить области с правой и левой поляризацией напряженности магнитного поля. Рассчитать координаты x, при которых возникает круговая поляризация.

Запишем составляющие магнитного поля волны типа Н10

 

,

 

где - постоянная распространения,

-- значение компоненты Нх,

-- значение компоненты Hz.

Амплитуды компонент не равны: Нх0 ? Hz0, и между Нх и Нz, существует сдвиг фаз ?/2: sin(?t ?z) и cos(?t ?z). Следовательно, поляризация магнитного поля эллиптическая.

Определим большую и малую оси эллипса поляризации вектора магнитного поля в произвольной точке внутри волновода

 

= sin(?t ?z), = cos(?t ?z).

 

Если оба эти уравнения возвести в квадрат и сложить, то получится каноническое уравнение эллипса

,

 

оси которого совпадают с осями координат х и z

Полуось эллипса, ориентированного в направлении x определятся по формуле , а в направлении z- .

Из этих уравнений следует, что эллиптичность поляризации зависит только от длины волны в волноводе и ширины волновода а в каждой точке плоскости x-const.

 

, , для Н10 .

 

- скорость распространения волны в вакууме, .

Найдем направление эллиптической поляризации, для этого вначале необходимо исследовать знаки Нх0 и Нz0 в уравнениях

 

 

Таким образом, существует две области, на которые делится волновод.

Область I: 0 ? х ? а/2. здесь Нx0>0 и Нz0>0.

Область II: а/2 ? х ? а. здесь Нх0 > 0, а Нz0 < 0.

В каждой из этих областей рассмотрим процесс эллиптической поляризации, т.е. рассмотрим направление вращения вектора при изменении времени.

Область I:( 0 ? х ? а/2) z- const.

1. Пусть при t = t1 величина (? t1+?z) = 0, тогда

 

Hx1 = 0; >0 и максимальна.

 

. Теперь при t = t2> t1 пусть фаза (? t2+?z) = ?/4. Тогда

 

; .

 

 

Направление поляризации - по ходу часовой стрелки (правая поляризация рис. 5.1).

Область II:( а/2 ? х ? а).

1. При t = t1 пусть фаза(?tl + ?z) = 0, Нх1 = 0; Нz1 =<0.

. При t = t2 > t1 пусть фаза (?t2 + ?z) = ?/4, тогда

;

 

Направление поляризации - против хода часовой стрелки (левая поляризация рис.5.2).

Вырождение эллипса в прямую соответствует обращению в нуль одной из его полуосей.

Согласно уравнениям, z-я полуось обращается в нуль при , т.е. при х = . Плоскость поляризации при х = направлена вдоль координаты х (линейная поля?/p>