40880

Фізичні причини виділення діапазону НВЧ

Лекция

Физика

Рівняння Максвела 2ого порядку описують всі електромагнітні явища: де густина струму напруженість ЕП напруженість МП індукція МП індукція ЕП густина заряду поверхневий струм. Це не всі рівняння Максвела у такій формі їх іноді називають рівняннями Герца. Рівняння записано в СГСЕ. Ці диференційні рівняння в частинних похідних другого порядку неоднорідні.

Русский

2013-10-22

187 KB

0 чел.

Лекція 1

Існують локаційні пристрої, які повинні працювати на ~мм, ~100ГГц. Оскільки  ~1м мають малу роздільну здатність, а оптичний діапазон швидко поглинаються постає необхідність вивчення НВЧ діапазону.

Перші НВЧ прилади виникли під час 2-ї світової війни при створенні РЛС. Застосування НВЧ електроніки:

  1.  Малопотужна електроніка: НВЧ телебачення – супутникове, мобільні телефони, комп’ютери.
  2.  Потужна електроніка: НВЧ - піч, РЛ – електроніка.

Фізичні причини виділення діапазону НВЧ

D – розмір об’єкта. При - закон Кірхгофа, Ома, - використовуються закони променевої оптики,  - НВЧ діапазон, диференційна інтерференція. Отже в НВЧ не можемо користуватись законами Кірхгофа і геометричної оптики. Закони Кірхгофа мають місце до якихось частот та швидкості розповсюдження інформації – швидкості світла.

Розглянемо малюнок. Даний ланцюг можна розрахувати за допомогою закону Ома, поки генератор – постійного струму. Розглянемо змінну напругу: електрон почне рух тоді, коли сигнал про потенціал дійде до нього: . Якщо частота генератора така, що , то в той час, як електрон рухається в одну сторону, генератор вже сформував зворотній потенціал, тобто існують струми в різних напрямках. Отже не можна використовувати звичайні закони.

Описаний ефект – ефект запізнення.

  1.   на частоті  при таких працюють РЛС. На частоті 10ГГц при ніяких законів Кірхгофа, Ома вже застосовувати не можна.
  2.  Виникнення випромінювання. При змінному струмі можливе випромінювання, на його характеристики впливає відстань між дротами по відношенню до . 50Гц: ~100км. Тому зі збільшенням частоти основна енергія знаходиться поза провідником у вигляді поля.
  3.  При високій частоті – густина струму розподілена нерівномірно, електрони рухаються в скін шарі товщиною ~1мкм. Тому опір потрібно рахувати іншими законами.

Найбільш розвинутий оптичний діапазон НВЧ.

Рівняння Максвела 2-ого порядку описують всі електромагнітні явища:

де - густина струму, - напруженість ЕП, - напруженість МП, - індукція МП, - індукція ЕП, - густина заряду, - поверхневий струм.

Поки що монополь Дірака не виявлено.

Знаки розставлено відповідно до положення векторів ,  та напрямку розповсюдження хвилі - утворюють праву трійку. Це – не всі рівняння Максвела, у такій формі їх іноді називають рівняннями Герца.

Рівняння записано в СГСЕ. В системі СІ не буде , - це зручно, але в СІ опір вільного простору скінчений, що немає фізичного змісту.

Ці диференційні рівняння в частинних похідних другого порядку неоднорідні. Хоча з точки зору математики рівняння Максвела лінійні. Але лінійні рівняння ніколи не описують підсилення, генерації і т.д. Електромагнітні процеси нелінійні. Нелінійність обумовлюється речовиною, яку описують рівняння: . Народження електрону - позитивної пари в вакуумі – нелінійний процес. Крім цього можна генерувати гармоніки, 1 з 1050 фотонів зливаються і дають новий фотон.

, (А/см2), поверхневий струм - , (А/см).

Матеріальне рівняння – рівняння неперервності. . Ніякого струму не може бути якщо заряд не виноситься.

- що виноситься

- що залишається в середині.

- це рівняння в частинних похідних, тому дуже важливі граничні та початкові умови. Всі фізичні поля неперервні з точки зору фізики.

Граничні умови: , .

Магнітне поле всередині металу(має уявні розриви): .

Не буває нульової товщини тому всередині металу буде плавний перехід, тому що поля неперервні.

В векторному вигляді:

Якщо змінимо граничні умови, то все повністю змінюється. - права трійка. Тому знак “-“ в .

У рівняннях в комплексній формі цього немає. Мінус там може бути в 1-му і 2-му рівнянні в системі (*).

Граничні умови в металі: .

Гранична умова в ідеальному металі:  (для нетензорного середовища). - для металу.

Якщо присутнє , то за рахунок сили Лоренца виникає струм. Для напівпровідника:

У застосуванні граничних умов головне те, що ми не розв’язуємо рівняння в середині матеріалу, а розв’язуємо рівняння лише на поверхні.


Радіо діапазон

НВЧ

Оптичний діапазон

109Гц, 30см

1013Гц,  30мкм

f,

R

+

l

(1)

(2)


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

24431. Протокол ARP. Протокол ICMP. Протокол UDP 124 KB
  Протокол ARP. Протокол ARP: Для определения локального адреса MAC по IPадресу используется протокол разрешения адресов Address Resolution Protocol ARP. Существует два варианта работы APR: локальная сеть с поддержкой широковещания глобальная сеть без широковещения Рассмотрим работу протокола ARP в локальных сетях с широковещанием. Для решения этой задачи протокол IP обращается к протоколу ARP.
24432. Протокол TCP. Формат заголовка TCP 135.5 KB
  Протокол TCP. Формат заголовка TCP. TCP Transmission Control Protocol гарантированный протокол транспортного уровня с предварительным установлением соединения предоставляющий приложению надёжный поток данных дающий уверенность в безошибочности получаемых данных перезапрашивающий данные в случае потери и устраняющий дублирование данных. Протокол TCP взаимодействует через межуровневые интерфейсы с ниже лежащим протоколом IP и с выше лежащими протоколами прикладного уровня или приложениями.
24433. Принципы одноадресной маршрутизации. Структура и типы записей таблицы маршрутизации. Протоколы маршрутизации 72 KB
  Принципы одноадресной маршрутизации. Структура и типы записей таблицы маршрутизации. Протоколы маршрутизации. Полученная в результате анализа информация о маршрутах дальнейшего следования пакетов помещается в таблицу маршрутизации.
24434. Функционирование NAT. Функционирование Proxy 999 KB
  Диаграммы рисуют для визуализации системы с разных точек зрения. Теоретически диаграммы могут содержать любые комбинации сущностей и отношений. Всего UML предлагает девять дополняющих друг друга диаграмм входящих в различные модели: диаграммы вариантов использования; диаграммы классов; диаграммы пакетов: диаграммы последовательностей действий; диаграммы кооперации: диаграммы деятельностей: диаграммы состояний объектов: диаграммы компонентов: диаграммы размещения. Диаграммы вариантов использования.
24435. Служба DNS. Иерархические доменные имена. Полномочные серверы DNS 107.5 KB
  Служба DNS. Полномочные серверы DNS. Служба DNS Широковещательный способ установления соответствия между символьными именами и локальными адресами хорошо работает только в небольшой локальной сети не разделенной на подсети. Таким решением стала централизованная служба DNS Domain Name System система доменных имен основанная на распределенной базе отображений доменное имя IPадрес.
24436. Назначение и возможности макросредств в ассемблере 146 KB
  Он вставляет вместо вызова команды которые соответствуют макросу. Макроопределение группа команд определяющая действие макрокоманды. При описании макрокоманды используется оператор MACRO. Макрокоманды позволяют сократить размер выполняемой программы за счет описания повторяющихся участков однажды.
24437. Теория дислокаций 231 KB
  Дефектами кристалла называют всякое нарушение трансляционной симметрии кристалла — идеальной периодичности кристаллической решётки. Различают несколько видов дефектов по размерности. А именно, бывают нульмерные (точечные), одномерные (линейные), двумерные (плоские) и трёхмерные (объемные) дефекты.
24438. Основные функции компиляторов 209 KB
  Система прерывания ОМЭВМ. Непосредственной причиной такого переключения процессора с одной программы на другую является сигнал прерывания причем характер новой программы которую процессор начинает выполнять в результате воздействия сигнала прерывания и которая называется программой обработки прерывания зависит от источника возникновения этого сигнала. В большинстве случаев возникновение сигналов прерывания не планируется в выполняемой текущей программе а является по отношению к ней независимым или внешним событием. В зависимости от...
24439. Отладчики программ 43.5 KB
  Turbo Debugger представляет собой набор инструментальных средств, позволяющий отлаживать программы на уровне исходного текста и предназначенный для программистов, использующих семейство компиляторов Borland.