Електромагнітне поле в довгій лінії

Поле БХ

Як відомо з електротехніки, в просторі, що оточує дроти лінії, існує електричне і магнітне поля. Структура енергетичного поля БХ в двопровідній лінії показана на рис. 1.21а. Електричні силові лінії (е.с.л.) спрямовані від позитивно зарядженого провідника до негативно зарядженого і завжди перпендикулярні поверхні провідника. Їх густина пропорційна напруженості електричного поля – Е. Вона максимальна в тих точках, де напругу БХ і напруженості поля в даний момент мають амплітудне значення ( , ).

Рис. 1.21 Електромагнітне поле хвилі, що біжить, в двопровідній лінії:

а) електричне поле;

б) магнітне поле;

в) зміна напряженностей полів Е і Н уздовж осі лінії;

г) побудова вектору П.

Магнітні силові лінії (м.с.л.) мають форму замкнутих кривих оточення провідник із струмом (рис. 1.21б). Їх напрям визначається правилом правого буравчика, а густина пропорційна напруженості магнітного поля H.

В точках перетину е.с.л. і м.с.л. взаємно перпендикулярні. БХ струму і напруги, а значить електричного і магнітного полів, співпадають по фазі в просторі і в часі. Це означає, що в даний момент часу в одній і тій же точці лінії обидва поля максимальні, а в іншій - дорівнюють нулю.

На рис. 1.21в показані графіки зміни напруженості полів Е і Н уздовж осі лінії. Для фіксованого моменту часу їм пропорційні довжини векторів і . Як відомо, енергія БХ поширюється від ГВЧ до навантаження. Така хвиля називається поперечною електромагнітною і позначається ТЕМ.

Вектор щільності потоку електромагнітної потужності

Електромагнітна енергія, що передається по лінії, зосереджена в електромагнітному полі (ЕМП), що оточує дроти лінії. За величиною і напрямом потік потужності електромагнітного поля характеризується вектором щільності потоку електромагнітної потужності введеним Умовым і Пойнтингом.

Вектор дорівнює векторному твору векторів і :

Векторний твір є вектор, перпендикулярний площині векторів співмножників (рис. 1.21в) і чисельно рівним площі паралелограма, побудованого на цих векторах.

Оскільки , то і ; . Напрям вектору П визначається правилом правого буравчика, руків'я якого обертається від і по найкоротшому шляху. Як видно з рис. 1.21 в при одночасній зміні напрямів обох векторів і , напрям вектору не змінюється. Таким чином відображається однонапрямлена передача енергії БХ.

Розмірність вектору : .

Отже, вектор чисельно дорівнює потоку потужності ЕМП, що перетинає нормальний (перпендикулярну) йому майданчик в . Інтеграл-сума векторів по усій площі, займаною ЕМП, дорівнює повній потужності БХ.

Рис. 1.22 Електромагнітне поле стоячої хвилі в розімкненій лінії:

а) схема; б) зміна полів Е і Н уздовж осі лінії; в) побудова вектору П.

Полі стоячої хвилі

На рис. 1.22 показані графіки ЕМП СХ. Хвилі Е і Н зрушені уздовж лінії на , так само як і хвилі U і I.

При зміні напряму одного з полів вектор П теж міняє напрям. Тому, якщо на одному чверть хвилевій ділянці в даний момент енергія спрямована до навантаження, то на сусідніх - до ГВЧ. Це відповідає реактивному характеру навантаження ГВЧ.

1.3 Змішані хвилі в лінії