Định lý Poynting trong trường điện từ và ứng dụng siêu cao tần

Chứng minh định lý

Phần thực của vế trái chính là tích phân thứ nhất của vế phải, cũng chính là công suất tác dụng đưa vào mạch điện. Phần ào của vế trái chính là tích phân thứ hai của vế phải, cũng chính là công suất phản kháng đưa vào mạch điện.

SểNG ĐIỆN TỪ PHẲNG

• Nghiệm phương trình sóng đối với sóng phẳng
• Sóng phẳng đồng nhất trong các môi trường đồng nhất và đẳng hướng
• Sự phân cực của sóng phẳng
• Sự phản xạ và khúc xạ sóng điện từ
• Sóng phẳng trong môi trường không đẳng hướng 1. Sóng phẳng trong môi trường không đẳng hướng

Ta lập lại các bước tiến hành tương tự như ở mục 3.5.1 áp dụng điều kiện biên choc ác thành phần tiếp tuyến của điện trường và từ trường tại mặt giới hạn phân cách hai môi trường xOy cho hình 3.10 sẽ nhận được các biểu thức của định luật phản xạ và khúc xạ như các biểu thức (3.5.8), (3.5.9) nhưng hệ số phản xạ và khúc xạ có dạng khác trước là;. Theo định lý nghiệm duy nhất, muốn để trường của nguồn đã cho và trường của nguồn dòng tương đương tạo ra ở điểm P trong vùng V’ trùng với nhau phải có điều kiện là: các thành phần tiếp tuyến của cường độ điện trường và từ trường của hai trường này trên mặt S ở phía bên ngoài phải bằng nhau và chúng khác 0.

SểNG ĐIỆN TỪ TRONG CÁC HỆ ĐỊNH HƯỚNG

• Tìm nghiệm phương trình sóng trong hệ định hướng tổng quát
• Ống dẫn sóng chữ nhật
• Ống dẫn sóng trụ tròn
• Cáp đồng trục

Trong dải sóng centimet, đường truyền siêu cao phổ biến là các ống dẫn sóng chữ nhật và trụ tròn vì nó cho tiêu hao nhỏ, kích thước phù hợp, ống dẫn sóng đồng trục hay cáp đồng trục ít được dung vỡ tổn hao do hiệu ứng bề mặt ở lừi trong và tổn hao trong điện mụi rất lớn. Trong chương này, chúng ta sẽ tìm hiểu trường điện từ tồn tại và lan truyền trong các dạng đường truyền siêu cao phổ biến như: ống dẫn sóng chữ nhật, ống dẫn sóng trụ tròn, ống dẫn sóng hoặc cáp đồng trục, ống dẫn sóng điện môi, đường dây đôi, mạch giải … Chúng ta cũng tiến hành xét điều kiện truyền lan các dạng trường TEM, TE, TM trong chúng và nghiên cứu các đại lượng đặc trưng cho trường và cho đường truyền để từ đó áp dụng chúng có hiệu quả nhất khi truyền dẫn năng lượng siêu cao. Đường sức điện trường tĩnh của hệ luôn vuông góc với các đường đẳng thế (là họ vòng tròn nằm trong mặt phẳng vuông góc với trục của hai dây dẫn), nên điện trường nằm trong mặt phẳng ngang với trục hai dây dẫn. Từ trường sinh ra ở vùng không gian bao quanh hai dây dẫn có dòng điện không đổi chảy dòng trong mỗi dây có cùng giá trị song ngược chiều) cũng tuân theo phương trình Laplace như dạng (4.5.3).

HỘP CỘNG HƯỞNG

• Các hộp cộng hưởng đơn giản 1. Hộp cộng hưởng chữ nhật
• Các hộp cộng hưởng phức tạp 1. Hộp cộng hưởng đồng trục có khe

Đối với các hộp cộng hưởng từ đoạn ống dẫn sóng rỗng, do cấu trúc đơn giản nên ta có thể tìm được trường điện từ các dạng tồn tại bên trong chúng bằng cách tìm nghiệm của các phương trình Maxwell với các điều kiện bờ đã cho rồi từ đó tìm được các đại lượng đặc trưng cơ bản là bước sóng cộng hưởng riêng hay tần số cộng hưởng riêng và độ phẩm chất của hộp cộng hưởng ứng với các dạng dao động khác nhau trong hộp. Điều kiện biên (5.2.20) hoàn toàn tương tự như điều kiện biên trong ống dẫn sóng tròn có cùng tiết diện do đó ta có thể áp dụng các kết quả về các hàm phân bố của trường theo tọa độ ngang r, ϕ trong ống dẫn sóng tròn cho hàm phân bố của trường cũng theo các tọa độ r, ϕ trong hộp cộng hưởng trụ tròn mà không cần phải tìm nghiệm của các phương trình sóng nữa. Muốn tạo ra dạng trường đơn vị hoặc dạng dao động riêng mong muốn, ta đặt vòng dây kích thích dẫn năng lượng siêu cao tần từ nguồn ngoài vào trong ống dẫn sóng hay hộp cộng hưởng tại vị trí từ trường của dạng trường đơn vị hay dạng dao động riêng là cực đại và mặt phẳng vòng dây vuông góc với đường sức từ trường của chúng.

MẠNG NHIỀU CỰC SIÊU CAO TẦN

• Mạng nhiều cực siêu cao tần 1. Khái niệm
• Ma trận sóng của mạng nhiều cực siêu cao 1. Ma trận tán xạ
• Mạng 2 cực
• Mạng 4 cực 1. Ma trận sóng
• Các lọai chuyển tiếp
• Các bộ suy giảm
• Phối hợp trở kháng ở siêu cao tần

Nhiệm vụ cơ bản của vấn đề phối hợp trở kháng ở siêu cao tần là làm sao bảo đảm trong tuyến siêu cao tần, sóng phản xạ là ít nhất hoặc đảm bảo trong tuyến siêu cao tần hệ số sóng đứng Kd hay hệ số sóng chạy Kch đạt yêu cầu đề ra trong một dải tần nhất định. Khi mất phối hợp trở kháng, tức |R| khác 0 thì Pth < Pthmax tức là công suất truyền lan tới hạn trên đường truyền giảm đi, trên đường truyền có sóng đứng và tại các điểm bụng của nó dễ xảy ra hiện tượng đánh lửa nếu truềyn công suất lớn hơn giá trị tới hạn. Phối hợp trở kháng dải rộng hay phối hợp trở kháng trong một dải tần đã cho yêu cầu phải đảm bảo đạt đựơc chỉ tiêu đã cho như hệ số sóng chạy không đựơc nhỏ hơn giá trị Kchmin nào đó trong dải hoặc đảm bảo thực hiện được theo một hàm đặc trưng nào đó chẳng hạn theo đặc trưng của hàm suy giảm công tác L.

Bán kính OA là quỹ tích các điểm nút điện áp (đối với đồ thị trở kháng) và là quỹ tích các điểm bụng áp (đối với đồ thị dẫn nạp), bán kính OB là quỹ tích các điểm bụng áp (với trở kháng) hay nút áp (với dẫn nạp). Tâm O của đồ thị biểu diễn chế độ phối hợp trở kháng lý tưởng trong đường truyền ). (ii) Xác định trở kháng vào của đường truyền cách tải một khoảng l khi biết trở tải Giả sử ta có đường truyền không tổn hao với trở sóng đặc tính là Zco ở cuối có mắc tải Zt, hãy xác định trở kháng lối vào của đường truyền cách tải một khoảng l, bước sóng công tác trên đường truyền là.

CÁC ĐÈN ĐIỆN TỬ VÀ BÁN DẪN SIÊU CAO TẦN

• Đèn Klystron trực xạ
• Đèn Klystron phản xạ
• Diode Tunnel

Diode PIN có đặc tính như sau: nếu đặt vào diode một thiên áp âm một chiều (điện áp âm đặt vào vùng p) hoặc thiên áp không thì hiệu thế tiếp xúc của các lớp chuyển tiếp p-I và i-n sẽ ngăn cản các điện tích tự do từ vùng p (các lỗ trống) và vùng n (các điện tử) phun vào vùng I (còn gọi là vùng Base) nên diode có trở kháng rất lớn (cỡ từ đơn vị đến hàng chụ kilo Ohm). Hiệu ứng Tunnel xảy ra trên các hạt mang điện tại tiếp xúc p-n mật độ rất cao, không giống như hiệu ứng điện trường thông thường trong lớp bán dẫn (các hạt mang điện dịch chuyển dưới tác dụng của một điện trường bên ngoài và thời gian dịch chuyển qua vùng tiếp xúc bằng bề rộng vùng tiếp xúc chia cho vận tốc của hạt), mà do sự dịch chuyển lượng tử của các hạt nhân trên cùng một mức năng lượng. Chúng ta hãy quan sát hình 7.1, diode tunnel ở trạng thái hở mạch (trạng thái tĩnh). Do mật độ tạp chất ở hai vùng p và n rất cao nên khi chúng tạo thành vùng tiếp xúc chung 9mức Fermi EF ở cả hai bên lấn sâu vào vùng hóa trị p và vùng dẫn n và phải bằng nhau), vùnng hóa trị của bán dẫn p lại có mức năng lượng cao hơn vùng dẫn của bán dẫn n.