Chương 6 : Ống dẫn sóng - Hộp cộng hưởng

1 Trường điện từ ª Chương 1 : Khái niệm & phtrình cơ bản của TĐT ª Chương 2 : Trường điện tĩnh ª Chương 3 : TĐT dừng ª Chương 4 : TĐT biến thiên ª Chương 5 : Bức xạ điện từ ª Chương 6 : Ống dẫn sóng - Hộp cộng hưởng 2 Chương 6 : Ống dẫn sóng - Hộp cộng hưởng 1. Khái niệm về ods 2. Ods hình chữ nhật 3. Ods hình trụ tròn 4. Hệ số tắt dần trong ods thực 5. Hộp cộng hưởng 3 Chương 6 : Ống dẫn sóng - Hộp cộng hưởng 1. Khái niệm về ods 1.1. Hệ thống dẫn truyền định hướng 1.2. Tần số tới hạn & Sóng ngang 4 1.1. Hệ thống dẫn truyền định hướng là hệ thống dẫn truyền bức xạ điện từ theo 1 hướng nhất định 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 dẫn sóng : dải sóng cm °tổn hao bức xạ không đáng kể do kgian bức xạ giới hạn °tổn hao nhiệt không đáng kể do g th =  & g đm = 0 5 1.2. Tần số tới hạn & Sóng ngang ª Tần số tới hạn f th : ° Sóng lan truyền không tổn hao khi f > f th ° Tần số tới hạn tỉ lệ nghịch 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 Chương 6 : Ống dẫn sóng - Hộp cộng hưởng 1. Khái niệm về ods 2. Ods hình chữ nhật Giả sử ods có : tiết diện hcn, chiều dài rất lớn, không tổn hao (g th =  & g 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 7 2.1. Thiết lập phương trình & đkiện biên (1) ª Thiết lập phương trình 0 0( , ) , ( , ) kz kzE 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  rotH j E rotE j H  2 1 ( )z z c E H x x yK E k j       2 1 ( )z z c E H y y xK E k j       2 1 ( )z z c H E x x yK H k j       2 1 ( )z z c H E y y xK H k j       2 2 2 2 2 2 c v K k        2 2 2 2 2 0z z E E c zx y K E        2 2 2 2 2 0z z H H c zx y K H        ... , ...E H z z kE kH           8 2.1. Thiết lập phương trình & đkiện biên (2) ª Điều kiện biên 1 2 1 2 t t n n E E B B    0 0 t n E B    ( ,0, ) 0zE x z  9 2.2. Sóng từ ngang TM (1) 0 :zH  2 2 2 2 2 0z z E E c zx y K E        ( ). ( ). ( . .)kzzE X x Y y e s v  2 2 2 2 2 0kz kz kzd X d Y cdx dyYe Xe K XYe      2 2 2 2 21 1 0d X d Y cX Ydx dy K   2 2 2 2 21 21 sin( ) sin( ) d X X dx d Y Y dy M X A Mx Y B NyN              2 2 2 cK M N  sin( )sin( ) kzzE C Mx Ny e     ( 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             10 2.2. Sóng từ ngang TM (2) sin sin n y kzm x z a b E C e   2 2 1 ( )z z z c c E H Ek x x y xK K E k j          2 2 1 ( )z z z c c E H Ek y y x yK K E k j          2 2 1 ( )z z z c c H E Ej x x y yK K H k j           2 2 1 ( )z z z c c H E Ej y y x xK K H k j           11 2.2. Sóng từ ngang TM (3) ª Nhận 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 mnk TM j Z       2 2 2( ) ( ) ( )mn v m a n b      1 TMx yZ H E  1 TMy xZ H E 0zH  2 cos sin c n y kzCk m m x x a a bK E e     2 sin cos c n y kzCk n m x y b a bK E e     sin sin n y kzm x z a b E C e   2 2 2 2 2 2( ) ( )m nc mn a bvK        12 2.3. Sóng điện ngang TE ª Nhận 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     2 2 2( ) ( ) ( )mn v m a n b      2 sin cos c n y kzCk m m x x a a bK H e    2 cos sin c n y kzCk n m x y b a bK H e    cos cos n y kzm x z a b H C e   x TE yE Z H y TE xE Z H  0zE  13 2.4. Tính chất của ods 1. Tần số tới hạn : Lan truyền không tổn hao 2. Vận tốc pha trong ods : 3. Bước sóng trong ods : 4. Phân bố đường 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 l mn /2 dọc theo trục z 1 2 ,th th th thf f v f       mnk j   thuần ảo 21 ( )mn mn thv v f f v     22 1 ( )mn mn th          2 2... ( ) ( )th v m a n b     14 Chương 6 : Ống dẫn sóng - Hộp cộng hưởng 1. Khái niệm về ods 2. Ods hình chữ nhật 3. Ods hình trụ tròn 4. Hệ số tắt dần trong ods 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) 15 zi 4.1. Thiết lập công thức Thực tế, g th <  và g đm  0 : biên độ giảm theo qui luật e -az 0 0( , ) , ( , ) z j z z j zE E x y e e H H x y e e        , , 45ot z z tE ZH E ZH Z       *1 2 Re{ } ng z S P E H dS  0 * 21 1 2 2 2 Re{ } ... th ng d P n ttdz S C E H dS H dl        2 1 2 2 *Re{ } ng ng tt C z S H dl E H dS       ... 2 d P dz P   2 d P dz P     (Np/m) 16 Chương 6 : Ống dẫn sóng - Hộp cộng hưởng 1. Khái niệm về ods 2. Ods hình chữ nhật 3. Ods hình trụ tròn 4. Hệ số tắt dần trong ods thực 5. Hộp cộng hưởng 5.1. Khái niệm 5.2. Hch hình chữ nhật không tổn hao 17 5.1. Khái 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  18 5.2. Hch hình chữ nhật không tổn hao Hộp cộng hưởng có g th =  & g đm = 0 Sử dụng các công thức của ods bằng cách xét đồng thời sóng thuận & nghịch gây ra trên các mặt z = 0 & z = c ª Sóng TE mnp ª Sóng TM mnp ª Nhận xét 19 ª Sóng TE mnp 2 1 2cos sin ( ) mn mn c j n y j z j zn m x x b a bK E C e C e        ( , ,0) ( , , ) 0x xE x y E x y c  2 2 2... ( ) ( ) ( ) p m n mn c v a b         Điều kiện : °m, n không đồng thời bằng 0 °p khác 0 2 sin cos cos c p n y p zm m xA x c a a b cK H      2 cos sin cos c p n y p zn m xA y c b a b cK H      cos cos sin n y p zm x z a b c H A   2 cos sin sin c n y p zn m xA x b a b cK E j    2 sin cos sin c n y p zm m xA y a a b cK E j     0zE  ... 20 ª Sóng TM mnp Điều kiện : °m, n khác 0 2 cos sin sin c p n y p zm m xA x c a a b cK E      2 sin cos sin c p n y p zn m xA y c b a b cK E      sin sin cos n y p zm x z a b c E A   2 sin cos cos c n y p zn m xA x b a b cK H j    2 cos sin cos c n y p zm m xA y a a b cK H j     0zH  21 ª Nhận xét ° sóng điện & từ lệch pha nhau 90 o : chuyển hóa năng lượng 0 max maxe m e mW W W const W W     2 2 2( ) ( ) ( ) pm n mnp a b c v    ° vô số tần số cộng hưởng 2 2 2( ) ( ) ( ) p m n c v a b       22 Tóm tắt chương 6 1. Khái niệm về ods 2. Ods hình chữ nhật 3. Ods hình trụ tròn 4. Hệ số tắt dần trong ods thực 5. Hộp cộng hưởng