TRƯỜNG ĐIỆN TỪ Em ch4 lecture 02 s1 13 14

1  Trần Quang Việt – BMCS – Khoa Điện – ĐHBK Tp HCM  Tran Quang Viet – Faculty of EEE – HCMUT Semester 1/12 13 Chương 4 – Trường điện từ biến thiên [8 Use phasor techniques and apply Maxwell’s equat[.]

Chương – Trường điện từ biến thiên Lecture-10: Sóng điện từ phẳng đơn sắc [8 Use phasor techniques and apply Maxwell’s equations to analyze uniform plane-wave propagation and attenuation in various medium Calculate Poynting vector]  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 4.4 Sóng điện từ phẳng đơn sắc 4.4.1 Sóng ĐTPĐS đại lượng đặc trưng 4.4.2 Sóng ĐTPĐS điện mơi vật dẫn 4.4.3 Sóng ĐTPĐS truyền theo phương phân cực  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 4.4.1 Sóng ĐTPĐS đại lượng đặc trưng  Sóng điện từ có E & H gọi phẳng đơn sắc khi:  E vng góc H vng góc phương truyền sóng, cịn gọi sóng điện từ ngang TEM (Tranverser ElectroMagnetics)  (P)  E & H phụ thuộc vào thành phần dọc theo phương truyền sóng  E & H biến thiên điều hòa theo thời gian  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 4.4.1 Sóng ĐTPĐS đại lượng đặc trưng  Xét sóng điện từ phẳng truyền theo phương z:   E = E(z,t)ax   H = H(z,t)ay  Do trường điều hòa  biểu diễn phức:    E = E ax    H = H ay  Áp dụng hệ PT Maxwell:   rot H = ( +j ) E    rot E = -j H    H z =(  +j  ) E  E z  =-j  H  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 4.4.1 Sóng ĐTPĐS đại lượng đặc trưng  Xét sóng điện từ phẳng truyền theo phương z:   E = E(z,t)ax   H = H(z,t)ay    E = E ax    H = H ay  Do trường điều hòa  biểu diễn phức:  Áp dụng hệ PT Maxwell:   rot H = ( +j ) E    rot E = -j H    H z =(  +j  ) E   E z =-j  H  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 4.4.1 Sóng ĐTPĐS đại lượng đặc trưng     E j  (  j  ) E    (1) z   j E H (2)   z Đặt:  =j (  j  )   = j (  j  )     (1)  E2   E   E  M e   z + Ne  z z  (2)  H  [Me   z  Ne  z ] (j  /  )  M  z N z j  H  e  e  Đặt:       Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 4.4.1 Sóng ĐTPĐS đại lượng đặc trưng  Dạng sóng E H  + Đặt: E +  Me  z  - , E  Ne  z  H  ( M/  )e  z  - , H  ( N/ ) e  z  = j ( +j ) =  +j  ;   0;   M=M e j M , N=N e j N ,  =| |e j  T.phần sóng tới:  T.phần sóng PX: E + =M e z cos( t- z+ M ) H + = M|0| e z cos( t- z+ M - ) E - =N e  z cos(  t+  z+  N ) H - = N|0| e  z cos(  t+  z+  N -  )  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 4.4.1 Sóng ĐTPĐS đại lượng đặc trưng  Các thơng số đặc trưng sóng: [1] Hệ số truyền:  = j (  +j )   +j (1/ m ) định quy luật thay đổi biên độ pha sóng dọc theo phương truyền  định biên độ (suy giảm)  H.số suy hao hay h.số tắt dần (Np/m)  định pha (dịch pha)  H.số pha (rad/m) Ta tính   sau:         1                 2      1          1/   |J| d   : loss tangent  | Jd | 1/  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 4.4.1 Sóng ĐTPĐS đại lượng đặc trưng [2] Vận tốc pha:       1            vp     1/ (m / s ) Vận tốc pha phụ thuộc vào tần số  sóng có tần số khác vận tốc pha khác  “Dispersion” sóng chứa dãi tần số (thực tế: AM, FM, TV,….) [3] Bước sóng:  2         1           f  1/ (m)  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 4.4.1 Sóng ĐTPĐS đại lượng đặc trưng [4] Trở sóng:   E  H   E  H  j   j |  | e j (  )   j [5] Độ xuyên sâu:      (m)  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 4.4.1 Sóng ĐTPĐS đại lượng đặc trưng  Thông số môi trường theo thông số đặc trưng sóng:   Re     j    1 Im       j    1 Im{ }  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 4.4.1 Sóng ĐTPĐS đại lượng đặc trưng  Quan hệ trường điện trường từ sóng ĐTPĐS  (as )    a s  a E  a H  E  H    E   [H as ]     H  [as  E ]   Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 4.4.1 Sóng ĐTPĐS đại lượng đặc trưng  Mật độ cơng suất điện từ trung bình sóng ĐTPĐS         1  P   Re{E  H }  Re{E H }a s 2     P   | E | Re{ }a s       P   | H |2 Re{ }a s  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 4.4.1 Sóng ĐTPĐS đại lượng đặc trưng  Bài tập áp dụng: - Ràng buộc đại lượng đặc trưng sóng & mơi trường - Quan hệ E, H - Mật độ CSĐT trung bình & CSĐT trung bình  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 4.4.2 Sóng ĐTPĐS điện môi vật dẫn  Trường hợp 1: Điện môi lý tưởng (=0, d= /=0)  0     v p  1/    / f      Sóng lan truyền khơng tổn hao  Sóng có tần số khác lan truyền vp  Trở sóng thực nên trường điện trường từ pha  Trường hợp 2: Điện môi thực (0, d=/1)     vp  2    2     45 2  Hiệu ứng bề mặt: Xét môi trường dẫn đồng: =5.8x107S/m; =0;=0 tần số để loss tangent 1.04x1018HzĐồng vật dẫn tốt tầm tần số đến vài GHz      f   0.066 (m ) f Tại tần số 1MHz, khoảng cách 0.066mm sóng suy hao e-1 lần  Sóng tập trung bề mặt vật dẫn  Hiệu ứng bề mặt: dòng điện cao tần có bề mặt vd  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 4.4.2 Sóng ĐTPĐS điện mơi vật dẫn  Điện trở DC & AC vật dẫn: Imcos(t) I a a J J Im a2 a2 I R DC  a r   S DC R AC  a r     S AC  2 a  Trường hợp 4: môi trường dẫn lý tưởng () Khơng có sóng điện từ môi trường dẫn lý tưởng  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 4.4.3 SĐTPĐS truyền theo phương phân cực  Trường hợp tổng quát sóng phẳng đơn sắc truyền theo phương bất kỳ, ý sóng TEM nên E, H & hướng truyền sóng hình vẽ:  Các mặt đồng pha:  u=r.as =const     r=xa x  y a y  z a z  Phương trình sóng tới:    E=M1e  u a1  M 2e   u a2    H = [a s  E ]     Với: a s  [ a1  a ]  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 4.4.3 SĐTPĐS truyền theo phương phân cực  Sự phân cực sóng phẳng: quy luật thay đổi đầu mút vector trường điểm kg theo thời gian    E(u,t)=[M10 cos(t   u  1 )a1  M 20 cos(t   u  2 )a2 ]e  u     E(u,t)=E1 (u , t )a1  E (u , t )a2 Với: E1 (u, t )  M10 e  u cos(t   u  1 ) E (u , t )  M 20 e  u cos( t   u  2 ) Để đơn giản, chọn điểm không gian cho u=0: E1 (t )  M10 cos(t  1 ) E2 (t )  M 20 cos(t  2 )     E(t)=E1 (t )a1  E (t )a2  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 4.5 SĐTPĐS truyền theo phương phân cực  Phân cực thẳng:  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 10 4.5 SĐTPĐS truyền theo phương phân cực  Phân cực quay: tròn elip  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 4.5 SĐTPĐS truyền theo phương phân cực  Phân cực quay: tròn elip  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 11 4.5 SĐTPĐS truyền theo phương phân cực  Ví dụ: xét tính phân cực sóng có trường điện sau:   a) E =-j3e-j z a x    c ) E =(4a x +j4a y )e j z    b) E =(4a x -j4a y )e-j z    d ) E =(-4a x +3a y )e-j z     -j (    e) E =  - 3-j  ax +  1-j a +j 3a y z e  2     3x+3y+2z)  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 12