Bài giảng trường điện từ - Chương 6 docx
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (134.42 KB, 11 trang )
1
1
© TS. Lương Hữu Tuấn
Trường
TrườngTrường
Trường điện
điệnđiện
điện từ
từtừ
từ
ª Chương
ChươngChương
Chương 1
11
1 : Khái niệm & phtrình cơ bản của TĐT
ª Chương
ChươngChương
Chương 2
22
2 : Trường điện tónh
ª Chương
ChươngChương
Chương 3
33
3 : TĐT dừng
ª Chương
ChươngChương
Chương 4 :
4 :4 :
4 : TĐT biến thiên
ª Chương
ChươngChương
Chương 5 :
5 :5 :
5 : Bức xạ điện từ
ª Chương
ChươngChương
Chương 6 :
6 :6 :
6 : Ống dẫn sóng - Hộp cộng hưởng
2
© TS. Lương Hữu Tuấn
Chương
ChươngChương
Chương 6 :
6 : 6 :
6 : Ống
ỐngỐng
Ống dẫn
dẫndẫn
dẫn sóng
sóngsóng
sóng -
- Hộp
HộpHộp
Hộp cộng
cộngcộng
cộng hưởng
hưởnghưởng
hưởng
1.
1. 1.
1. Khái
KháiKhái
Khái niệm
niệmniệm
niệm về
vềvề
về ods
odsods
ods
2.
2. 2.
2. Ods
OdsOds
Ods hình
hìnhhình
hình chữ
chữchữ
chữ nhật
nhậtnhật
nhật
3.
3. 3.
3. Ods
OdsOds
Ods hình
hìnhhình
hình trụ
trụtrụ
trụ tròn
tròntròn
tròn
4.
4. 4.
4. Hệ
HệHệ
Hệ số
sốsố
số tắt
tắttắt
tắt dần
dầndần
dần trong
trongtrong
trong ods
odsods
ods thực
thựcthực
thực
5.
5. 5.
5. Hộp
HộpHộp
Hộp cộng
cộngcộng
cộng hưởng
hưởnghưởng
hưởng
2
3
© TS. Lương Hữu Tuấn
Chương
ChươngChương
Chương 6 :
6 : 6 :
6 : Ống
ỐngỐng
Ống dẫn
dẫndẫn
dẫn sóng
sóngsóng
sóng -
- Hộp
HộpHộp
Hộp cộng
cộngcộng
cộng hưởng
hưởnghưởng
hưởng
1.
1. 1.
1. Khái
KháiKhái
Khái niệm
niệmniệm
niệm về
vềvề
về ods
odsods
ods
1.1. Hệ thống dẫn truyền đònh hướng
1.2. Tần số tới hạn & Sóng ngang
4
© TS. Lương Hữu Tuấn
1.1.
1.1. 1.1.
1.1. Hệ
HệHệ
Hệ thống
thốngthống
thống dẫn
dẫndẫn
dẫn truyền
truyềntruyền
truyền đònh
đònhđònh
đònh hướng
hướnghướng
hướng
là hệ thống dẫn truyền bức xạ điện từ theo 1 hướng nhất đònh
ª Khi f tăng, tổn hao (bức xạ & nhiệt) tăng theo
ª Dây song hành : dải sóng m
°tổn hao bức xạ tăng do kgian bức xạ không giới hạn
°tổn hao nhiệt tăng do hiệu ứng bề mặt & do tổn hao đmôi
ª Cáp đồng trục : dải sóng dm
°tổn hao bức xạ không đáng kể do kgian bức xạ giới hạn
°tổn hao nhiệt tăng
ª Ống
ỐngỐng
Ống dẫn
dẫndẫn
dẫn sóng
sóngsóng
sóng : dải sóng cm
°tổn hao bức xạ không đáng kể do kgian bức xạ giới hạn
°tổn hao nhiệt không đáng kể do γ
th
= ∞ & γ
đm
= 0
3
5
© TS. Lương Hữu Tuấn
1.2.
1.2. 1.2.
1.2. Tần
TầnTần
Tần số
sốsố
số tới
tớitới
tới hạn
hạnhạn
hạn &
& &
& Sóng
SóngSóng
Sóng ngang
ngangngang
ngang
ª Tần số tới hạn f
th
:
° Sóng lan truyền không tổn hao khi f > f
th
° Tần số tới hạn tỉ lệ nghòch với kích thước của ods
Do đó ods chỉ dùng ở tần số cao
ª Sóng ngang : Giả sử phương truyền là phương z
Sóng điện từ tổng quát là tổng của :
° Sóng điện ngang TE : E
z
= 0 , H
z
≠ 0
° Sóng từ ngang TM : E
z
≠ 0 , H
z
= 0
6
© TS. Lương Hữu Tuấn
Chương
ChươngChương
Chương 6 :
6 : 6 :
6 : Ống
ỐngỐng
Ống dẫn
dẫndẫn
dẫn sóng
sóngsóng
sóng -
- Hộp
HộpHộp
Hộp cộng
cộngcộng
cộng hưởng
hưởnghưởng
hưởng
1.
1. 1.
1. Khái
KháiKhái
Khái niệm
niệmniệm
niệm về
vềvề
về ods
odsods
ods
2.
2. 2.
2. Ods
OdsOds
Ods hình
hìnhhình
hình chữ
chữchữ
chữ nhật
nhậtnhật
nhật
Giả sử ods có : tiết diện hcn, chiều dài rất lớn, không tổn hao
(γ
th
= ∞ & γ
đm
= 0), biến thiên điều hòa
2.1. Thiết lập phương trình & điều kiện biên
2.2. Sóng từ ngang TM
2.3. Sóng điện ngang TE
2.4. Tính chất của ods
4
7
© TS. Lương Hữu Tuấn
2.1.
2.1. 2.1.
2.1. Thiết
ThiếtThiết
Thiết lập
lậplập
lập phương
phươngphương
phương trình
trìnhtrình
trình &
& &
& đkiện
đkiệnđkiện
đkiện biên
biênbiên
biên (1)
(1)(1)
(1)
ª Thiết
ThiếtThiết
Thiết lập
lậplập
lập phương
phươngphương
phương trình
trìnhtrình
trình
0 0
( , ) , ( , )
kz kz
E E x y e H H x y e
− −
= =
Giả sử phương truyền là phương z.
Do ods rất dài nên sóng chỉ truyền theo một phương :
k j
β
= ±
rotH j E
ωε
=
rotE j H
ωµ
= −
2
1
( )
z z
c
E H
x
x y
K
E k j
ωµ
∂ ∂
∂ ∂
= − −
2
1
( )
z z
c
E H
y
y x
K
E k j
ωµ
∂ ∂
∂ ∂
= − +
2
1
( )
z z
c
H E
x
x y
K
H k j
ωε
∂ ∂
∂ ∂
= − +
2
1
( )
z z
c
H E
y
y x
K
H k j
ωε
∂ ∂
∂ ∂
= − −
2
2
2 2 2 2
c
v
K k
ω
ω µε β
= + = − +
2 2
2 2
2
0
z z
E E
c z
x y
K E
∂ ∂
∂ ∂
+ + =
2 2
2 2
2
0
z z
H H
c z
x y
K H
∂ ∂
∂ ∂
+ + =
,
E H
z z
kE kH
∂ ∂
∂ ∂
⇒ = = − = = −
8
© TS. Lương Hữu Tuấn
2.1.
2.1. 2.1.
2.1. Thiết
ThiếtThiết
Thiết lập
lậplập
lập phương
phươngphương
phương trình
trìnhtrình
trình &
& &
& đkiện
đkiệnđkiện
đkiện biên
biênbiên
biên (2)
(2)(2)
(2)
ª Điều
Điềiều
Điều kiện
kiệnkiện
kiện biên
biênbiên
biên
1 2
1 2
t t
n n
E E
B B
=
=
0
0
t
n
E
B
=
=
( ,0, ) 0
z
E x z
=
5
9
© TS. Lương Hữu Tuấn
2.2.
2.2. 2.2.
2.2. Soùng
SoùngSoùng
Soùng töø
töøtöø
töø ngang
ngangngang
ngang TM (1)
TM (1)TM (1)
TM (1)
0 :
z
H
=
2 2
2 2
2
0
z z
E E
c z
x y
K E
∂ ∂
∂ ∂
+ + =
( ). ( ). ( . .)
kz
z
E X x Y y e s v
−
=
2 2
2 2
2
0
kz kz kz
d X d Y
c
dx dy
Ye Xe K XYe
− − −
+ + =
2 2
2 2
2
1 1
0
d X d Y
c
X Y
dx dy
K
+ + =
2
2
2
2
2
1
2
1
sin( )
sin( )
d X
X
dx
d Y
Y
dy
M
X A Mx
Y B Ny
N
ϕ
ψ
= −
= +
⇒
= +
= −
2 2 2
c
K M N
= +
sin( )sin( )
kz
z
E C Mx Ny e
ϕ ψ
−
= + +
( 0) 0
( 0) 0
( ) 0
( ) 0
z
z
z
z
E x
E y
E x a
E y b
= =
= =
= =
= =
0
0
Ma m
Nb n
ϕ
ψ
π
π
=
=
⇒
=
=
10
© TS. Lương Hữu Tuấn
2.2.
2.2. 2.2.
2.2. Soùng
SoùngSoùng
Soùng töø
töøtöø
töø ngang
ngangngang
ngang TM (2)
TM (2)TM (2)
TM (2)
sin sin
n y
kz
m x
z
a b
E C e
π
π
−
=
2 2
1
( )
z z z
c c
E H E
k
x
x y x
K K
E k j
ωµ
∂ ∂ ∂
−
∂ ∂ ∂
= − − =
2 2
1
( )
z z z
c c
E H E
k
y
y x y
K K
E k j
ωµ
∂ ∂ ∂
−
∂ ∂ ∂
= − + =
2 2
1
( )
z z z
c c
H E E
j
x
x y y
K K
H k j
ωε
ωε
∂ ∂ ∂
∂ ∂ ∂
= − + =
2 2
1
( )
z z z
c c
H E E
j
y
y x x
K K
H k j
ωε
ωε
∂ ∂ ∂
−
∂ ∂ ∂
= − − =
6
11
© TS. Lương Hữu Tuấn
2.2.
2.2. 2.2.
2.2. Sóng
SóngSóng
Sóng từ
từtừ
từ ngang
ngangngang
ngang TM (3)
TM (3)TM (3)
TM (3)
ª Nhận
NhậnNhận
Nhận xét
xétxét
xét :
::
:
°vô số kiểu sóng TM
mn
: TM
11
, TM
12
, TM
32
…
°không tồn tại TM
mn
ứng với m = 0 hay n = 0
mn
k
TM
j
Z
β
ωε ωε
±
= =
2 2 2
( ) ( ) ( )
mn
v m a n b
β ω π π
= − −
1
TM
x y
Z
H E
= −
1
TM
y x
Z
H E
=
0
z
H
=
2
cos sin
c
n y
kz
Ck m m x
x
a a b
K
E e
π
π π
−
= −
2
sin cos
c
n y
kz
Ck n m x
y
b a b
K
E e
π
π π
−
= −
sin sin
n y
kz
m x
z
a b
E C e
π
π
−
=
2
2
2 2 2 2
( ) ( )
m n
c mn
a b
v
K
ω π π
β
= − + = +
12
© TS. Lương Hữu Tuấn
2.3.
2.3. 2.3.
2.3. Sóng
SóngSóng
Sóng điện
điệnđiện
điện ngang
ngangngang
ngang TE
TETE
TE
ª Nhận
NhậnNhận
Nhận xét
xétxét
xét :
::
:
°vô số kiểu sóng TE
mn
: TE
01
, TE
12
…
°TE
mn
ứng với m = 0 và n = 0 không lan truyền
mn
j
TE
k
Z
ωµ ωµ
β
±
= =
2 2 2
( ) ( ) ( )
mn
v m a n b
β ω π π
= − −
2
sin cos
c
n y
kz
Ck m m x
x
a a b
K
H e
π
π π
−
=
2
cos sin
c
n y
kz
Ck n m x
y
b a b
K
H e
π
π π
−
=
cos cos
n y
kz
m x
z
a b
H C e
π
π
−
=
x TE y
E Z H
=
y TE x
E Z H
= −
0
z
E
=
7
13
© TS. Lương Hữu Tuấn
2.4.
2.4. 2.4.
2.4. Tính
TínhTính
Tính chất
chấtchất
chất của
củacủa
của ods
odsods
ods
1.
1. 1.
1. Tần
TầnTần
Tần số
sốsố
số tới
tớitới
tới hạn
hạnhạn
hạn :
: :
:
Lan truyền không tổn hao
2.
2. 2.
2. Vận
VậnVận
Vận tốc
tốctốc
tốc pha
phapha
pha trong
trongtrong
trong ods
odsods
ods :
::
:
3.
3. 3.
3. Bước
BướcBước
Bước sóng
sóngsóng
sóng trong
trongtrong
trong ods
odsods
ods :
::
:
4.
4. 4.
4. Phân
PhânPhân
Phân bố
bốbố
bố đường
đườngđường
đường sức
sứcsức
sức :
: :
: đsức điện & từ lặp lại nhưng đảo chiều
- sau 1 khoảng a/m dọc theo trục x
- sau 1 khoảng b/n dọc theo trục y
- sau 1 khoảng λ
mn
/2 dọc theo trục z
1
2
,
th th th th
f f v f
π
ω λ λ
> = < =
mn
k j
β
⇒ = ±
thuần ảo
2
1 ( )
mn mn th
v v f f v
ω β
= = − ≥
2
2 1 ( )
mn mn th
λ π β λ λ λ λ
= = − ≥
2 2
( ) ( )
th
v m a n b
ω ω π
> = +
14
© TS. Lương Hữu Tuấn
Chương
ChươngChương
Chương 6 :
6 : 6 :
6 : Ống
ỐngỐng
Ống dẫn
dẫndẫn
dẫn sóng
sóngsóng
sóng -
- Hộp
HộpHộp
Hộp cộng
cộngcộng
cộng hưởng
hưởnghưởng
hưởng
1.
1. 1.
1. Khái
KháiKhái
Khái niệm
niệmniệm
niệm về
vềvề
về ods
odsods
ods
2.
2. 2.
2. Ods
OdsOds
Ods hình
hìnhhình
hình chữ
chữchữ
chữ nhật
nhậtnhật
nhật
3.
3. 3.
3. Ods
OdsOds
Ods hình
hìnhhình
hình trụ
trụtrụ
trụ tròn
tròntròn
tròn
4.
4. 4.
4. Hệ
HệHệ
Hệ số
sốsố
số tắt
tắttắt
tắt dần
dầndần
dần trong
trongtrong
trong ods
odsods
ods thực
thựcthực
thực
4.1. Thiết lập công thức
4.2. Hệ số tắt dần trong ods thực hcn (tự đọc)
4.3. Hệ số tắt dần trong ods thực htt (tự đọc)
8
15
© TS. Lương Hữu Tuấn
z
i
4.1.
4.1. 4.1.
4.1. Thiết
ThiếtThiết
Thiết lập
lậplập
lập công
côngcông
công thức
thứcthức
thức
Thực tế, γ
th
< ∞ và γ
đm
≠ 0 : biên độ giảm theo qui luật e
−αz
0 0
( , ) , ( , )
z j z z j z
E E x y e e H H x y e e
α β α β
− − − −
= =
, , 45
o
t z z t
E ZH E ZH Z
ωµ γ
= = − = ∠
*
1
2
Re{ }
ng
z
S
P E H dS
= ×
∫
0
* 2
1 1
2 2 2
Re{ }
th ng
d P
n tt
dz
S C
E H dS H dl
ωµ
γ
− = × = =
∫ ∫
2
1
2 2
*
Re{ }
ng
ng
tt
C
z
S
H dl
E H dS
ωµ
γ
α
=
×
∫
∫
2
d P
dz
P
α
⇒ = −
2
d P
dz
P
α
−
⇒ =
(Np/m)
16
© TS. Lương Hữu Tuấn
Chương
ChươngChương
Chương 6 :
6 : 6 :
6 : Ống
ỐngỐng
Ống dẫn
dẫndẫn
dẫn sóng
sóngsóng
sóng -
- Hộp
HộpHộp
Hộp cộng
cộngcộng
cộng hưởng
hưởnghưởng
hưởng
1.
1. 1.
1. Khái
KháiKhái
Khái niệm
niệmniệm
niệm về
vềvề
về ods
odsods
ods
2.
2. 2.
2. Ods
OdsOds
Ods hình
hìnhhình
hình chữ
chữchữ
chữ nhật
nhậtnhật
nhật
3.
3. 3.
3. Ods
OdsOds
Ods hình
hìnhhình
hình trụ
trụtrụ
trụ tròn
tròntròn
tròn
4.
4. 4.
4. Hệ
HệHệ
Hệ số
sốsố
số tắt
tắttắt
tắt dần
dầndần
dần trong
trongtrong
trong ods
odsods
ods thực
thựcthực
thực
5.
5. 5.
5. Hộp
HộpHộp
Hộp cộng
cộngcộng
cộng hưởng
hưởnghưởng
hưởng
5.1. Khái niệm
5.2. Hch hình chữ nhật không tổn hao
9
17
© TS. Lương Hữu Tuấn
5.1.
5.1. 5.1.
5.1. Khái
KháiKhái
Khái niệm
niệmniệm
niệm
HCH là hộp kim loại dẫn điện tốt, bên trong là điện môi tốt.
ª Hai thông số quan trọng của hệ thống cộng hưởng :
°tần số cộng hưởng
°độ phẩm chất Q
ª Khác với mạch RLC :
°TĐ & TT liên hệ chặt chẽ với nhau
°Q
hch
>> Q
RLC
2
d
W
Q
W
π
=
18
© TS. Lương Hữu Tuấn
5.2.
5.2. 5.2.
5.2. Hch
HchHch
Hch hình
hìnhhình
hình chữ
chữchữ
chữ nhật
nhậtnhật
nhật không
khôngkhông
không tổn
tổntổn
tổn hao
haohao
hao
Hộp cộng hưởng có γ
th
= ∞ & γ
đm
= 0
Sử dụng các công thức của ods bằng cách xét đồng thời sóng
thuận & nghòch gây ra trên các mặt z = 0 & z = c
ª Sóng TE
mnp
ª Sóng TM
mnp
ª Nhận xét
10
19
© TS. Lương Hữu Tuấn
ª Sóng
SóngSóng
Sóng TE
TETE
TE
mnp
mnpmnp
mnp
2
1 2
cos sin ( )
mn mn
c
j n y
j z j z
n m x
x
b a b
K
E C e C e
ωµ π
β β
π π
−
= +
( , ,0) ( , , ) 0
x x
E x y E x y c
= =
2 2 2
( ) ( ) ( )
p
m n
mn
c v a b
π
ω π π
β
= = − −
Điều kiện :
°m, n không đồng thời bằng 0
°p khác 0
2
sin cos cos
c
p n y p z
m m xA
x
c a a b c
K
H
π π π
π π
= −
2
cos sin cos
c
p n y p z
n m xA
y
c b a b c
K
H
π π π
π π
= −
cos cos sin
n y p z
m x
z
a b c
H A
π π
π
=
2
cos sin sin
c
n y p z
n m xA
x
b a b c
K
E j
π π
π π
ωµ
=
2
sin cos sin
c
n y p z
m m xA
y
a a b c
K
E j
π π
π π
ωµ
= −
0
z
E
=
20
© TS. Lương Hữu Tuấn
ª Sóng
SóngSóng
Sóng TM
TMTM
TM
mnp
mnpmnp
mnp
Điều kiện :
°m, n khác 0
2
cos sin sin
c
p n y p z
m m xA
x
c a a b c
K
E
π π π
π π
= −
2
sin cos sin
c
p n y p z
n m xA
y
c b a b c
K
E
π π π
π π
= −
sin sin cos
n y p z
m x
z
a b c
E A
π π
π
=
2
sin cos cos
c
n y p z
n m xA
x
b a b c
K
H j
π π
π π
ωε
=
2
cos sin cos
c
n y p z
m m xA
y
a a b c
K
H j
π π
π π
ωε
= −
0
z
H
=
11
21
© TS. Lương Hữu Tuấn
ª Nhận
NhậnNhận
Nhận xét
xétxét
xét
°sóng điện & từ lệch pha nhau 90
o
:
chuyển hóa năng lượng
0 max max
e m e m
W W W const W W
= + = = =
2 2 2
( ) ( ) ( )
p
m n
mnp
a b c
v
ω π
= + +
°vô số tần số cộng hưởng
2 2 2
( ) ( ) ( )
p
m n
c v a b
π
ω π π
= − −
22
© TS. Lương Hữu Tuấn
Tóm
TómTóm
Tóm tắt
tắttắt
tắt chương
chươngchương
chương 6
66
6
1.
1. 1.
1. Khái
KháiKhái
Khái niệm
niệmniệm
niệm về
vềvề
về ods
odsods
ods
2.
2. 2.
2. Ods
OdsOds
Ods hình
hìnhhình
hình chữ
chữchữ
chữ nhật
nhậtnhật
nhật
3.
3. 3.
3. Ods
OdsOds
Ods hình
hìnhhình
hình trụ
trụtrụ
trụ tròn
tròntròn
tròn
4.
4. 4.
4. Hệ
HệHệ
Hệ số
sốsố
số tắt
tắttắt
tắt dần
dầndần
dần trong
trongtrong
trong ods
odsods
ods thực
thựcthực
thực
5.
5. 5.
5. Hộp
HộpHộp
Hộp cộng
cộngcộng
cộng hưởng
hưởnghưởng
hưởng
