câu hỏi ôn tập môn lý thuyết trường điện từ siêu cao tần

MỤC LỤC – LTTDT - SIÊU CAO TẦN Các dạng hệ phương trình Macxoen Ý nghĩa hệ phương trình Macxoen Dạng Vi phân Dạng Tích Phân Dạng phức 1 2 3 4 • Ý nghĩa hệ phương trình Maxoen: (1) Mô tả mối quan hệ điện trường từ trường Page + Theo phương trình Maxoen (1) (2), có từ trường (điện trường) biến thiên theo thời gian tạo điện trường (từ trường) biến đổi theo khơng gian điện từ trường có tính chất xốy + Vai trị dịng điện dẫn dòng điện dịch trình tạo từ trường xốy (2) Mơ tả quan hệ hình học: + ln chạy liên tục Trong tự nhiên khơng có từ tích nguồn sinh từ trường + khơng liên tục tự nhiên tồn điện tích nguồn sinh từ trường (3) Mô tả mối quan hệ trường điện từ mơi trường Theo phương trình Maxoen (1), độ xốy từ trường liên quan đến dịng điện dẫn (dòng chuyển dời vật chất) quan hệ trường điện từ môi trường chất thể tham số: Đặc điểm phương trình trường điện từ tĩnh trường điện từ dừng, trường điện từ biến thiên • Trường điện từ tĩnh: Đặc điểm: Page + Các đại lượng điện từ không thay đổi theo thời gian, tức đạo hàm riêng đại luợng trường theo thời gian khơng + Khơng có chuyển động hạt mang điện, nghĩa mật độ dịng điện ln khơng: Hệ phương trình Maxwell: Tính chất: + Điện trường từ trường có tính chất + Chúng khơng có quan hệ trực tiếp với nhau, tức điện trường từ trường độc lập • Trường điện từ dừng: Đặc điểm: Phân bố dịng dẫn khơng đổi theo thời gian Do đại lượng trường khơng đổi theo thời gian Hệ phương trình Maxwell: Page Tính chất: + xốy phụ thuộc + độc lập • Trường điện từ biến thiên: Đặc điểm: Các đại lượng điện từ thay đổi theo thời gian Hệ phương trình Maxwell: Tính chất: + xoáy + quan hệ chặt chẽ Page Năng lượng trường điện từ - Định lý Poynting * Năng lượng trường điện từ: Trong thể tích V tùy ý, trường điện từ có lượng tích tụ bằng: * Định lý Poynting: Định lý Poynting thiết lập mối liên hệ thay đổi lượng điện từ thểtích V với dịng lượng điện từ chảy qua mặt kín S bao quanh thể tích Page Trong đó: cơng suất tổn hao dạng nhiệt dịng điện thể tích V Vectơ Poynting: vectơ mật độ công suất trường điện từ chảy qua đơn vị điện tích đặt vng góc (Dấu (-) ởvếtrái phương trình thể bảo tồn lượng) Với môi trường điện môi lý tưởng (): + khỏi mặt kín S > < nên lượng V giảm theo thời gian + vào mặt kín S < > nên lượng V tăng theo thời gian Hiện tượng sóng trường điện từ biến thiên Phương trình sóng * Định nghĩa sóng: - Sóng hình thái dao động chuyển động dạng vật chất phân bố liên tục khơng gian - Tính chất: Trong lan truyền lượng sóng lan truyền theo chiều truyền sóng chiều truyền lượng * Phương trình sóng: Page + Với vật dẫn: + Với điện môi: Với vận tốc sóng Phân loại kiểu sóng TEM, TE, TM - Sóng điện từ ngang (TEM) sóng có phương vng góc với phương z nên Ez=0 Hz=0 - Sóng điện ngang (TE) sóng có vng góc với z Ez=0, Hz≠0 - Sóng từ ngang (TM ) sóng có vng góc với z Hz=0 Ez≠0 Page Khái niệm sóng điện từ phẳng, sóng trụ trịn sóng cầu Phương trình nghiệm phương trình sóng phẳng * Khái niệm: Trong không gian đồng nhất, đẳng hướng rộng vô hạn, sóng điện từ tạo điểm thời điểm vectơ điện từ có biên độ pha xác định Những điểm trường có biên độ giống hợp thành mặt đồng biên, cịn điểm trường có pha giống hợp thành mặt đồng pha Trong sóng lan truyền, mặt đồng pha dịch chuyển Sóng có mặt đồng pha trùng với mặt đồng biên gọi sóng đồng nhất, mặt đồng gọi mặt sóng Nếu mặt đồng pha đồng biên mặt phẳng (mặt trụ, mặt cầu), ta có sóng điện từ phẳng (sóng trụ, sóng cầu) * Phương trình sóng phẳng: Xét sóng TEM phẳng phân cực đứng truyền theo z Hệ phương trình Maxwell phức: Page Giải hệ ta được: Giải phương trình có nghiệm: Thành phần sóng ngược (Sóng phản xạ) Page Các loại phân cực sóng điện từ (1) Phân cực elip: đầu cuối vectơ cường độ điện trường sóng vạch nên hình elip khơng gian Thành phần sóng thuận (Sóng tới) Biến đổi biểu thức trên, ta được: * Đây phương trình mơ tả đường cong elip mặt phẳng tọa độ E1, E2 Elip có trục lớn tạo góc Page 10 ϕ với trục tọa độ x Do q trình truyền sóng theo trục z đầu cuối vectơ điện trường sóng tổng hợp vạch đường xoắn khơng gian (2) Phân cực trịn: Khi thành phần điện trường hai sóng thành phần có biên độ nhau: lệnh pha góc φ= ±π/2 ta có: Khi PT (*) trở thành: Đây phương trình đường trịn mặt phẳng tọa độ E1, E2 7(tiếp) (3) Phân cực thẳng: Sóng có vectơ cường độ trường hướng song song theo đường thẳng q trình truyền sóng gọi sóng phân cực thẳng hay phân cực tuyến tính Trong trường hợp góc lệch pha sóng thành phần có giá trị: 0, ±π, ±2π,… Page 11 Nên phương trình *) trở dạng: Đây phương trình đường thẳng qua gốc tọa độ, nghiêng góc so với trục x • Đối với phân cực thẳng tùy theo hướng vectơ cường độ điện trường, người ta phân làm hai trường hợp phân cực ngang phân cực đứng + Sóng phân cực đứng (phân cực V): Trường hợp vectơ có thành phần theo phương x + Sóng phân cực ngang (phân cực H): Trường hợp vectơ có thành phần theo phương y Page 12 Sóng điện từ phẳng môi trường: điện môi lý tưởng, mơi trường vật dẫn (các thơng số sóng phẳng mơi trường này, vẽ dạng sóng) (1) Sóng phẳng môi trường điện môi lý tưởng: Page 13 Vận tốc pha vận tốc dịch chuyển trạng thái pha, hay vận tốc dịch chuyển mặt đẳng pha => vận tốc pha với vận tốc sóng, khơng phu thuộc vào tần số, mơi trường người ta nói mơi trường khơng tán sắc d Biểu thức sóng: Page 14 Theo nghiệm phương trình sóng phẳng (với Γ=jβ) ta có: Vẽ dạng sóng: Page 15 (2) Sóng phẳng mơi trường vật dẫn: a Hệ số truyền sóng: Mơi trường dẫn điện tốt mơi trường có σ lớn, nên biểu thức hệ sốtruyền sóng ta bỏ qua thành phần ωε Ha y => Sóng bị suy hao b Vận tốc pha Page 16 Với vật dẫn tốt ta thấy phụthuộc vào tần số, môi trường người ta nói mơi trường tán sắc c Trở kháng sóng d Biểu thức sóng Theo nghiệm phương trình sóng phẳng (với Γ=jβ): Page 17 Vẽ dạng sóng: Page 18 Khái niệm ảnh hưởng hiệu ứng bề mặt Khái niệm: Hiệu ứng bề mặt dòng điện xoay chiều chạy dây dẫn điện lúc mật độ dòng điện tập trung sát bề mặt vật dẫn Khi tần số dịng điện tăng tượng xảy mạnh Ảnh hưởng: - Diện tích tham gia dẫn điện vật dẫn giảm làm cho điện trở vật dẫn tăng lên, tổn hao tăng lên - Điện cảm vật dẫn thay đổi Page 19 10 Khái niệm, phạm vi ứng dụng đường truyền sóng điện từ Khái niệm: đường truyền sóng điện từ thiết bị hay hệ thống để giới hạn đường truyền lan dao động điện từ hay dòng lượng điện từ theo hướng cho Đường truyền dùng để truyền dẫn lượng siêu cao tần hay sóng siêu cao gọi đường truyền lượng siêu cao tần (đường truyền siêu cao) Đường truyền siêu cao gọi đường truyền đồng dọc theo hướng truyền sóng tiết diện ngang khơng thay đổi mơi trường chứa đồng Phân loại phạm vi ứng dụng: - - Đường truyển hở: (tại tiết diện ngang vịng kim loại bao bọc vùng truyền lượng siêu cao tần) + Đường dây đôi (song hành): Phạm vi truyền sóng dải sóng mét + mạch dải: phạm vi truyền sóng dải milimet + Đường truyền sóng mặt: phạm vi truyền sóng dải milimet Đường truyền kín: (có mặt vật dẫn kim loại bao bọc hoàn toàn vùng truyền lượng siêu cao tần) Page 20 + Ống dẫn sóng đồng trục: phạm vi truyền sóng dải sóng mét decimet + Ống dẫn sóng chữ nhật: phạm vi truyền sóng dải sóng centimet + Ống dẫn sóng trụ trịn: phạm vi truyền sóng dải sóng centimet 11 Khái niệm hộp cộng hưởng, loại hệ số phẩm chất hộp cộng hưởng Khái niệm: Hộp cộng hưởng vùng không gian hữu hạn mà sau khoảng thời gian lớn nhiều chu kỳ dao động siêu cao tần có tích lũy lượng điện từ Hệ số phẩm chất: W lượng trường điện từ tích lũy hộp Pth công suất tiêu hao Các loại hệ số phẩm hộp tần số cộng hưởng chất: dạng dao động Page 21 12 Khái niệm mạng nhiều cực siêu cao tần Page 22 Page 23