Лекция 1

i-Map

1.0 Введение

Необходимо выполнить задачу: передать информацию между 2 объектами. Есть несколько подходов к решению к этих задач.

Первый система передачи: проводная(без инфраструктуры)

Плюсы:

не нужно строить инфраструктуру =>относительная дёшевость технологии
мобильность

Минусы:

не вся энергия передается => нагревается пространство
помехи/шумы
снижение скорости передачи информации

Вторая система передачи: волноводная

Плюсы:

гораздо более защищен
энергия передается почти без потерь
на вход приемника поступает только сигнал из 1 передатчика => большая скорость передачи
уменьшение рисков атаки

Минусы:

трудозатраты на прокладку и обслуживание кабелей
нет возможности мобильного переноса

1.1 Понятие волновода

Волновод — металло-диэлектрическая конструкция, способная каналировать электромагнитные излучения и эффектвино передавать их на значительное расстояние.

Определение волновода из википедии:

Волновод — искусственный или естественный направляющий канал, в котором может распространяться волна. При этом поток мощности, переносимый волной, сосредоточен внутри этого канала или в области пространства, непосредственно примыкающей к каналу.

1.2 Классификация волноводов

Волноводы делятся на следующие типы, в зависимости от:

1. Наличия внешнего экрана:

Закрытые. В них электромагнитное излучение не проникает за стенки волновода.
Открытые. В них электромагнитное излучение проникает за стенки волноЗа

Примеры:

Закрытый	Открытый

2. Порядка связности:

Односвязные. Например, прямоугольный.
Многосвязные. Например, коаксиальный.
Нулевой связности. Такое возможно при отсутствии проводящих поверхностей

3. Происхождения:

Естественный. Например, литосферный волновод (базальтовый слой)
Искусственный. Например, переговорные трубы на современных судах

4. По зависимости поперечного сечения от продольной координаты:

Регулярный
Нерегулярный
Периодические

1.3 Регулярный волновод

Все эти волноводы находят своё применение в науке и технике. Остановимся более подробно на регулярном волноводе.

Регулярный волновод - вытянутая вдоль одной оси металло-диэлектрическая структура , параметры которой не изменяются или меняются только вдоль этой оси периодически.

Альтернативное определение регулярного волновода:

Линия передачи, у которой в продольном направлении неизменны определенные параметры.

Параметры: ε (диэл. проницаемость), μ(магн. проницаемость) и поперечное сечение(xy).

1.4 Поперечные компоненты поля

Рассмотрим регулярный волновод. Предположение регулярности позволяет получить формулы, для которых поперечные компоненты выражаются через продольные.
Запишем уравнения Максвелла в комплексных амплитудах: источников тока нет, волны- монохроматические гармонические, идеальные свойства

Затем из этих 2 систем уравнений получим выражения, представляющие поперечные компоненты через производные от продольных.

Теперь запишем эти выражения в векторном виде.

1.5 Продольные компоненты поля.

Таким образом, у нас получились выражения для поперечных компонент полей в векторном виде.

С использованием этих выражений решим задачу о нахождении продольных компонент полей в волноводе.

Запишем уравнение Гельмгольца для электрического и магнитного поля.

Уравнение Гельмгольца — это эллиптическое дифференциальное уравнение в частных производных.

ГУ: Будем считать, что граница волновода образована идеальным проводником , а внутри- диэлектрик без потерь.

Найдем ГУ для Ez и Hz:

Таким образом, получаем ответ:

Следующая лекция >>

Оглавление