Khái niệm về sóng điện từ phẳng

Giả sử có nguồn bức xạ nào đó tạo ra sóng điện từ truyền tới không gian khảo sát. Nếu không để ý đến các nguồn tạo ra trường ở khu xa mà chỉ đơn thuần coi sự tồn tại của trường ở miền khảo sát, ta có thể áp dụng các phương trình Maxwell cho không gian không có nguồn để nghiên cứu các tính chất của trường ấy.

Trong không gian đồng nhất, đẳng hướng và rộng vô hạn, sóng điện từ sẽ tạo ra tại mỗi điểm và ở mỗi thời điểm các vectơ điện và từ có biên độ và pha xác định. Những điểm của trường cóbiên độ giống nhau hợp thành những mặt đồng biên, còn những điểm của trường có pha giống hợp thành mặt đồng pha. Các vectơ E và H luôn biến đổi theo thời gian, sự biến đổi pha khiến cho các mặt đồng pha sẽ dịch chuyển. Vận tốc dịch chuyển của mặt đồng pha gọi là vận tốc pha vphcủa sóng.

Nếu tại tất cả các điểm trên mặt đồng pha, biên độ của vectơ E và Hcùng bằng nhau thì mặt đồng pha chính là là mặt đồng biên, sóng được gọi là sóng đồng nhất. các mặt đồng nhất này được gọi là mặt sóng. Nếu mặt đồng pha và đồng biên là những mặt phẳng (mặt trụ, mặt cầu), ta có sóng điện từ phẳng (sóng trụ, sóng cầu).

Mặc dù trong thực tế sóng điện từ bức xạ từ anten không phải là sóng phẳng thuần túy mà thường là sóng trụ hoặc sóng cầu. Tuy nhiên, tại những điểm khảo sát cách xa nguồn, và trong một phạm vi không gian hẹp ta có thể coi gần đúng mặt sóng là những mặt phẳng.

Phân loại kiểu sóng:

Trong chương này ta sẽ xét sóng phẳng trong hệ tọa độ Descartes xyz và chọn trục z

làm phương truyền sóng, trên cơ sở đó ta có các kiểu sóng như sau:

+ Sóng điện từ ngang (TEM): Sóng điện từ ngang là sóng có véctơ Evà H luôn vuông

góc với phương truyền sóng (phương z). Tức là các thành phần Ez 0

và Hz 0

. Đây là loại sóng phổ biến trong thực tế.

+ Sóng điện ngang (TE): Sóng điện từ ngang là sóng có véctơ E luôn vuông góc với phương truyền sóng. Tức là các thành phần Ez 0



, loại sóng này còn được gọi là sóng từ dọc (sóng H) vì có thành phần từ trường dọc theo phương truyền sóngHz 0

.

+ Sóng từ ngang (TM): Sóng điện từ ngang là sóng có véctơ H luôn vuông góc với phương truyền sóng, tức là các thành phần Hz 0

, loại sóng này còn gọi là sóng điện dọc (sóng E) vì có thành phần từ trường dọc theo phương truyền sóngEz 0

.

Hai loại sóng TE và TM được sử dụng trong ống dẫn sóng (sẽ được trình bày trong chương 4).