5. Плоские однородные волны. Коэффициент ослабления коэффициент фазы.

Одной из важнейших характеристик волн является вид поверхностей равных фаз, т. е. поверхностей, у которых в данный момент времени фазы в любой точке одинаковы. Эти поверхности называют фронтом волны. Форма фазовой поверхности зависит от условий возникновения и распространения волн. У плоских волн поверхности равных фаз представляют собой плоскости. Гармоническая волна, описываемая уравнением, где A, k, ω — постоянные, является бегущей волной: во всех точках плоскости z = const значения амплитуд и фаз одинаковы. Плоские волны, у которых плоскости равных амплитуд и фаз совпадают, называются однородными плоскими волнами. Можно легко показать, что при некоторых определенных условиях в плоской гармонической волне плоскости равных амплитуд и фаз могут не совпадать. Такие волны называются неоднородными плоскими волнами. Они играют большую роль при полном отражении. Возникают неоднородные плоские волны при распространении в сложных оптических системах и неоднородных средах. В настоящее время вопросы, связанные с поведением неоднородных плоских волн, весьма актуальны в связи с развитием интегральной и планарной оптики. Не задаваясь пока вопросами возникновения и поведения таких волн, выясним принципиальную возможность их существования.

Плоские электромагнитные волны в однородной

изотропной среде

→

Плоской называется электромагнитная волна, векторы E и

→

H которой имеют постоянные фазы на плоскости, ортогональной

направлению распространения. Эта плоскость называется фронтом

волны, ее называют еще поверхностью равных фаз или волновой

поверхностью или синфазной поверхностью. Плоская волна

→ →

называется однородной, если амплитуды векторов E и H не

меняются в плоскости фронта. Возбудить в неограниченном

пространстве плоскую однородную волну с помощью реального

устройства невозможно, так как при этом источник должен

представлять бесконечную синфазную плоскость и затрачивать

бесконечную мощность. Понятие плоской однородной волны

применяется как простейшая математическая модель,

раскрывающая основные свойства свободных электромагнитных

волн. В реальных случаях это понятие используется при

аппроксимации сложного волнового фронта в локальных условиях

пространства. Так на достаточно большом расстоянии от источника

малый участок сферического фронта в ограниченных участках

пространства из-за малой кривизны можно заменить плоскостью и

сферическую волну локально аппроксимировать плоской волной.

Например, пусть сферическая волна создается элементарным

электрическим вибратором. Рассмотрим электромагнитное поле в

дальней зоне в безграничной однородной изотропной среде без

→ →

потерь. Предположим, что векторы поля E и H требуется знать

только в области V, размеры которой малы по сравнению с

расстоянием до источника r0. Под объемом V можно понимать

объем приемной антенны с поперечными размерами малыми по

сравнению с расстоянием до излучателя. Введем декартову систему

координат x, y, z, ось z которой проведена вдоль радиуса – вектора,

соединяющего середину вибратора Q с точкой O, принятой за

начало координат.

Коэффициент ослабления отраженной волны рассчитывается по формуле:

K=B*2*L

где K — коэффициент ослабления отраженной волны; В - удельное затухание, дБ/м; L - длина кабеля, м.

В этой формуле коэффициент 2 учитывает тот факт, что сигнал испытывает ослабление при передаче от источника СВЧ сигнала к антенне и на обратном пути. Так как при использовании кабеля PK50-7-15 удельное затухание на частотах Си-Би (около 27 МГц) составляет 0,04 дБ/м, то при длине кабеля 40 м отраженный сигнал будет испытывать затухание 0,04*2*40=3,2 дБ. Это приведет к тому, что при реальном значении КСВН, равном 2,0, прибор покажет только 1,38; при реальном значении 3,0 прибор покажет около 2,08.

коэффициент фазы.

Коэффициент фазы характеризует изменение фазы волны или напряжения при распространении электромагнитной волны вдоль линии, является погонным параметром, измеряется в радианах (рад/км) или градусах (град/км), определяется из (4.18):

(4.22)

Скорость распространения энергии по цепям связи. Электромагнитная энергия распространяется по цепям связи с определенной скоростью и зависит от первичных параметров линии, определяется выражением .

Таким образом, затухание цепи определяет качество и дальность связи, а коэффициент фазы – скорость движения энергии вдоль линии.

Кроме скорости распространения энергии при анализе используются понятия фазовой и групповой скоростей. Фазовая скорость определяет скорость движения поверхности равных фаз в НС (или скорость движения волнового фронта); групповая скорость при передаче сигналов определяет скорость распространения максимума огибающей группы составляющих сложного сигнала, т.е. она характеризует скорость распространения группы волн.