|
| |
|
Слаботочка Книги ность независимых интерферирующих волн. Если частота последних одинакова, то интенсивность результирующей волны зависит от сдвига фаз между соответствующими (электрическими и магнитными) полями составляющих волн. Примером интерференции может служить получение стоячих волн при сложении падающей и отраженной бегущих волн. На интерференции основано направленное действие антенн. Дифракцией называется способность электромагнитных волн проникать в обласгь тени , т. е. туда, где нет облучения прямыми волнами. Явление дифракции обусловлено тем, что место падения электромагнитных волн становится источником вторичного излучения, за счет которого волны огибают неровности поверхности и просачиваются в область тени . Дифракция проявляется тем больше, чем больше длина волны по сравнению с линейными размерами поверхности, на которую падают электромагнитные волны. Рефракцией называется искривление лучей электромагнитных волн, вызванное непрерывным изменением показателя преломления среды, в которой распространяются волны. Рефракция отличается от рассмотренного выше преломления тем, что рефракция происходит при плавном изменении параметров среды, а прелом ление, о котором шла речь, происходит на границе раздела двух сред с резко различающимися параметрами. 91. Граничные условия Рассмотрим физическую сущность отражения и преломления электромагнитных волн, обратив особое внимание на структуру электромагнитных полей возле границы раздела двух сред (граничные условия). При падении на поверхность другой среды электромагнитная волна возбуждает в ней ток, который вызывает в первой среде вторичную электромагнитную волну, называемую отраженной, и в другой среде - волну, называемую преломленной. Соотношение между интенсивностью падающей, отраженной и преломленной волн определяется соотношением между волновыми сопротивлениями первой и второй сред. Это легко понять, если рассматривать первую среду как линию передачи, а вторую среду - как нагрузку для линии передачи. Частный случай. Поперечная электромагнитная волна Пплп (рис. 13.31) падает из идеального диэлектрика на плоскость ABCD идеального проводника под прямым углом к этой плоскости. В этом случае векторы Япад и Япад параллельны плоскости ABCD. В § 89 было показано, что в идеальный проводник электромагнитные волны не проникают. Это можно доказать еще тем, что 
если бы в такой среде существовало электрическое поле, то за счет Y = оо возник бы бесконечно большой ток проводимости (бпр = = Ynp = оо), а это физически невозможно. Но коль скоро Е = Ещ, = О, то и вектор Пойнтинга равен нулю (Я = ЕН = 0). В идеальном проводнике нет и переменного магнитного поля, так как если бы оно было, то индуцировалось бы электрическое поле, а это противоречит доказанному выше. В такой среде магнитное поле либо вовсе не существует, либо имеет постоянную величину. Таким образом, электромагнитные волны полностью отражаются от поверхности Л BCD и, поскольку углы падения и отражения равны, векторы Пойнтинга падающей (Япад) и отраженной (Яотр) волн направлены навстречу друг другу. В результате интерференции этих двух волн в диэлектрике образуются стоячие волны. Из равенства нулю тангенциальной (продольной) составляющей электрического поля на поверхности идеального проводника следует, что векторы электрического поля отраженной (отр) и падающей (Япад) волн направлены противоположно. Теперь, пользуясь найденными векторами Яотр и £отр, убеждаемся, что на границе раздела магнитное поле отраженной волны Яотр совпадает с магнитным полем падающей волны Япад. Результирующее магнитное поле Ярез относится к стоячей волне в диэлектрике, оно направлено вдоль плоскости ABCD и имеет на границе с ней пучность, т. е. напряженность Ярез = 2Япад. На расстоянии V4 от плоскости раздела в сторону диэлектрика наблюдается пучность электрического поля и узел магнитного и т. д. Магнитное поле всегда связано с током. И в данном случае в проводнике имеется ток, но он лишь скользит по поверхности проводника перпендикулярно магнитным линиям. Причиной возникновения тока является электрическое поле падающей волны, а наведенные им на поверхности ABCD заряды и токи вызывают отраженную волну.  Рис. 13.31. Электрическое и магнитное поля на границе раздела идеального проводника и идеаль-. ного диэлектрика. Рассматриваемый случай соответствует короткозамкнутой двухпроводной линии, так как волновое сопротивление эквивалентной линии (свободного пространства) Zi = 377 ож, а сопротивление нагрузки (волновое сопротивление идеального проводника) Zz = 0. Как известно, в конце короткозамкнутой линии ток удваивается при напряжении w = О, а вдоль такой линии падающая и отраженная волны образуют стоячие волны. Аналогично, при отражении электромагнитной волны от идеально проводящей поверхности напряженность магнитного поля удваивается при напряженности продольного электрического поля Е = О, причем в диэлектрике возникают стоячие волны, а в проводнике волны полностью отсутствуют. Рис. 13.32, Структура электромагнитного поля вблизи идеального проводника. Теперь можно сформулировать граничные условия: на границе идеально проводящей среды электрическое поле не имеет тангенциальной (продольной) составляющей, а магнитное поле не имеет нормальной (поперечной) составляющей. Иными словами, силовые линии электрического поля всегда перпендикулярны, а магнитные силовые линии всегда параллельны поверхности идеального проводника (рис. 13.32). По мере уменьшения проводимости среды, на которую падают электромагнитные волны из диэлектрика, силовые линии электрического поля все более отклоняются от перпендикуляра к поверхности проводника, в электрическом поле появляется горизонтальная составляющая, электромагнитные волны глубже проникают в проводящую среду и потери энергии в этой среде возрастают. Более общий случай - наклонное падение электромагнитных волн на границу раздела диэлектрика и проводника-будет рассмотрен в следующей главе при изучении волноводов (гл. XIV) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 [119] 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 |
||||||||||||||