Bài giảng Trường điện từ - Chương 7: Ống dẫn sóng và hộp cộng hưởng

mnp   v ( )  ( )  ( )
m 2
a

f mnp 

v
2

n 2
b

p 2
c

( ) ( ) ( )
m 2
a

n 2
b

p 2
c

 Sóng điện & từ lệch pha nhau 90o : nên năng lượng trường
điện và trường từ không đồng thời max mà chuyển hóa lẫn
nhau. Ta có:

W0  We  Wm  const  Wemax  Wmmax
CuuDuongThanCong.com

EM - Ch7

78


 VD 7.5.1: Hộp cộng hưởng
c

y
b
z
a

x

Tính toán tần số cộng hưởng
của hộp cộng hưởng lấp đầy
không khí, kích thước axbxc
= 2cm x 1cm x 3cm, kiểu
sóng là TE101 .

Tần số cộng hưởng có thể tính theo công thức:

f 

102
2 o o

1 2 1 2 0.6  3 1010

( ) ( ) 
 9GHz
2
3
2

CuuDuongThanCong.com

EM - Ch7

79


 VD 7.5.2: Hộp cộng hưởng
Cho hộp cộng hưởng không khí, cạnh a = 4 cm, b = 2 cm, c = 4
cm, xác định 3 tần số cộng hưởng bé nhất ?
Giải
p 2
8
m 2
n 2
f

1,5.10
(
)

(
)


(
 Tần số cộng hưởng : osc
a
b
c)

 fosc(1) = 5303 MHz cho TE1,0,1 mode.
 fosc(2) = 8385 MHz cho TE0,1,1 ; TE2,0,1 ; TE1,0,2 ; TM1,1,0 ; modes.
 fosc(3) = 9186 MHz cho TE1,1,1 ; TM1,1,1 modes.

CuuDuongThanCong.com

EM - Ch7

80


 VD 7.5.3: Hộp cộng hưởng
Các tần số cộng hưởng của HCH không khí cho như sau:
 fosc(1) = 25003 MHz cho TE1,0,1 mode.
 fosc(2) = 25005 MHz cho TE0,1,1 mode.
 fosc(3) = 25006 MHz cho TM1,1,1 mode.
Tìm a,b c ?
Giaûi
p 2
8
2
2
 Tần số cộng hưởng : f osc  1,5.10 ( ma )  ( bn )  ( c )

 Có:

( ) ( )  (
1 2
a
1 2
b
1 2
b

1 2
c
1 2
c
1 2
c

( ) ( )  (
( 1a )2  ( )  ( )  (

)  2500
3

25 3.108 2
1,5.108
25 5.108 2
1,5.108
25 6.108 2
1,5.108

)  12500
9

b  503 (m)
c  503 2 (m)

)  5000
3

a

3
50 (m)

CuuDuongThanCong.com

EM - Ch7

81


7.6 Ống dẫn sóng quang (optical waveguide)
7.6.1 Sự phản xạ và khúc xạ của sóng phẳng.

7.6.2 Hiện tượng phản xạ toàn phần.
7.6.3 Cáp quang.
7.6.4 Hệ thống truyền sóng điện từ dùng cáp quang.

CuuDuongThanCong.com

EM - Ch7

82


7.6.1 Sự phản xạ và khúc xạ của upw:
 Khi thành ống không phải kim loại:
sóng tới đến mặt phân cách 2 môi trường
làm xuất hiện sóng phản xạ và khúc xạ.
z

 Do vận tốc pha theo phương z phải
như nhau nên ta có :
vp1
vp1
vp2


sin  i sin  r sin  t

i   r

(Snell’s law)

 11

 t  sin 
sin  i 
  2 2


1

CuuDuongThanCong.com

EM - Ch7

83


7.6.2 Hiện tượng phản xạ toàn phần:
c
 11
v p1
c
n2 
  2 2
v p2

n1 
 Gọi:

 Khi  = 0 :

 n1

 t  sin  sin  i 
 n2

1

 1

 t  sin 
sin  i 
 2

1

 tại vị trí Ray3 : t = 90o , ta có:

 2 
 i   c  sin 

 1 
1

 Hiện tượng phản xạ toàn phần: toàn bộ năng lượng sóng tới
sẽ bị phản xạ lại môi trường 1. Hiện tượng này xảy ra khi góc
sóng tới thỏa: i > c .
CuuDuongThanCong.com

EM - Ch7

84


7.6.3 Cáp quang (Fiber optic) :
 Ống dẫn sóng hình trụ tròn,
đường kính từ: 550 m .

 Sóng điện từ truyền trong cáp quang theo nguyên lý phản xạ
toàn phần.

CuuDuongThanCong.com

EM - Ch7

85


7.6.4 Hệ sóng truyền sóng điện từ dùng cáp quang:
 Sơ đồ khối hệ thống:

(120 km)

CuuDuongThanCong.com

EM - Ch7

86


7.6.4 Hệ sóng truyền sóng điện từ dùng cáp quang:
 Sơ đồ nguyên lý mạch phát và thu tại hai đầu đường dây cáp
quang:
(LED or LASER)

CuuDuongThanCong.com

EM - Ch7

87


7.6.4 Hệ sóng truyền sóng điện từ dùng cáp quang:
 Tín hiệu thường dùng: 1000  2000 nm (vùng hồng ngoại)
nên tổn hao bức xạ bé.

CuuDuongThanCong.com

EM - Ch7

88