Дифракция электромагнитных волн

Дифракцией называют явление огибания волнами препятствий. В результате дифракции электромагнитных волн поле наблюдается в области геометрической тени, куда при прямолинейном распространении волн оно не могло бы проникнуть. В современной науке задачей диф­ракции считают определение полного поля, созданного при взаимодействии исходной (падающей) волны с препятствием.

Эта задача может быть решена методами геометрической или физической оптики.

В основе метода геометрической оптики лежит представление о волне как совокупности лучей, не взаимодействующих между собой. Законы оптики применяются к каждому лучу. Решение в этом случае приближенное.

Метод физической оптики основан на использовании принципа Гюйгенса – Френеля, который гласит, что каждая точка на поверхности, возбуждаемой распространяющейся волной, может рассматриваться как источник вторичной сферической волны. Поле вне этой поверхности является результатом интерференции вторичных волн (рис. 12).

При расчетах полей методом физической оптики вводится понятие элемента Гюйгенса – прямоугольник со сторонами и , параллельными векторами и .

Эти характеристики поля создаются падающей волной на поверхности S, они связаны между собой теми же соотношениями, что и в плоской волне.

Диаграмма направленности элемента Гюйгенса выражается функцией:

 

.

 

Отсюда следует, что излучение его однонаправлено (от электрического и магнитного излучателей) и во всех сечениях, включающих ось z, представляет кардиоиду (в пространстве – яблоко).

В теории и практике распространения электромагнитных колебаний важную роль играет теорема взаимности, которая гласит, что, если среда линейна и изотропна, передача электромагнитных волн между двумя произвольными точками взаимна, т.е. одинакова при противоположных направлениях распространения волн, когда передатчик и приемник меняются местами.

 

ВОЛНОВОДЫ И РЕЗОНАТОРЫ

Основные сведения.

Электромагнитная волна в устройствах и системах связи должна распространяться по определенному пути и достигать пункта назначения с наименьшими потерями. Эту функцию выполняют направляющие системы; их называют также линиями передачи или волноводами.

Направляющие системы должны удовлетворять следующим требованиям:

- малое затухание;

- обеспечение заданной передаваемой мощности, что связано с недопустимостью электрического пробоя;

- экономическая целесообразность (малый вес, доступные материалы, простота конструкции и технологии производства).

Применяются следующие конструкции направляющих систем:

- двухпроводные линии (килогерцы);

- коаксиальный кабель (мегагерцы);

- линии поверхностной волны (мегагерцы – гигагерцы);

- металлические волноводы (оптические волокна), (терагерцы).