Рассмотрим случай: есть 2 точки: А и В.
Необходимо выполнить 2 задачи: передать информацию и энергию. Есть несколько подходов к решению к этих задач.
Первый подход: без инфраструктуры.
В таком случае возникают другие излучения. Также происходит рассеивание энергии, с которым борются с помощью конструкции антенн. Из других недостатков примечательно требование высокой мощности, чтобы "греть" окружающее пространство.
Второй подход: волноводная передача.
Его преимуществом стало отсутствие рассеивания энергии, и пространтство при этом не "греется". Также при волноводной передаче сложней прослушать передаваемый материал и извергается меньше шума. Недостатки: дорого и не мобильно.
Определение волновода из википедии:
Волноводы делятся на следующие типы, в зависимости от:
1. Наличия внешнего экрана:
2. Порядка связности:
3. Происхождения:
4. По зависимости поперечного сечения от продольной координаты:
Все эти волноводы находят своё применение в науке и технике. Остановимся более подробно на регулярном волноводе.
Альтернативное определение регулярного волновода:
Рассмотрим регулярный волновод. Предположение регулярности позволяет получить формулы, для которых поперечные компоненты выражаются через продольные. Запишем уравнения Максвелла, источников тока нет.
Далее для его описания используем формализм комплексных амплитуд.
Затем из этих 2 систем уравнений получим выражения, представляющие поперечные компоненты через производные от продольных.
Теперь запишем эти выражения в векторном виде.
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.
(здесь применяется свойство оператора Лапласа, подробнее о нём можно почитать в Википедии: Оператор Лапласа)
Для решения этих дифференциальных уравнений необходимо задать граничные условия. Подробнее о граничных условиях в электродинамике можно почитать здесь Граничные условия
Мы будем рассматривать полые трубы с идеально проводящими стенками, тангенциальная компонента поля Е, таким образом, равна 0 на поверхности, используем этот факт.
Мы получили выражение для поперечной компоненты в векторном виде. Введем для удобства локальную систему координат, как показано на рисунке ниже, и с использованием граничных условий найдем в следующей лекции выражение для магнитного поля.
