Основные сведения. Под дифракцией обычно понимается явление «огибания» ЭМВ препятствия на пути распространения

Под дифракцией обычно понимается явление «огибания» ЭМВ препятствия на пути распространения. В настоящее время под дифракцией в широком смысле понимается поведение ЭМВ в некоторой области пространства, включающую границу раздела сред. К задачам дифракции относятся задачи о распространении ЭМВ в неоднородных средах, проникновение ЭМВ через отверстия в экранах или решетки, «огибания» ЭМВ различного рода препятствий [9, 10].

Формы и ЭМ параметры препятствий в разных задачах су­щест­венно отличаются. Решения задач являются сложными [5–13], в данном пособии рассмотрим только простейшие задачи дифракции.

При распространении ЭМВ в свободном пространстве области пространства по-разному влияют на формирование ЭМП на входе приемника.

Областью пространства, существенной при распространении ЭМВ, называют область, в которой распространяется основная часть передаваемой мощности.

Эта область охватывает пространство вблизи прямой, соединяющей точки расположения излучателя и приёмной антенны. Конфигурацию существенной области определяют исходя из принципа Гюйгенса – Френеля. Пусть в точке А помещен источник ЭМВ, а в точке В – приемная антенна (расстояние АВ много больше l). На некотором расстоянии от точки А помещена бесконечная плоскость, перпендикулярная к линии АВ (рис. 14.1). Эту плоскость рассматривают в качестве поверхности вторичных источников ЭМП и разбивают на зоны Френеля. Полное ЭМП в точке приема определяется суммированием элементарных вторичных ЭМП на плоскости S. Границы зон Френеля определяются как

. (14.1)

где n – натуральное число.

В плоскости S (рис. 14.1) уравнением (14.1) описываются концентрические окружности c радиусами Rn

Результирующая напряженность поля в точке приема стремится к половине значения напряженности поля, создаваемого первой зоной.

Отсюда следует вывод: результирующее ЭМП в точке наблюдения создаётся в основном ЭМВ вторичных излучателей, расположенных в пределах нескольких первых зон Френеля. Вклад остальных зон Френеля в силу быстрой сходимости ряда (14.6) пренебрежимо мал. Если в качестве существенной области взять восемь первых зон, то ошибка в определении ЭМП составит лишь 16 %.

Таким образом, существенная при распространении ЭМВ область пространства ограничена эллипсоидом вращения, соответствующим внешней границе пространственной зоны Френеля с небольшим номером. Эллипсоид существенной области тем больше вытянут, чем меньше длина ЭМВ. При l®0 эллипсоид превращается в линию, соединяющую источник и приемник.

Список рекомендуемой литературы: [ 2, с. 139–150; 6, с. 343–379; 8, с. 45–57; 9, с. 342–376; 10, с. 342–376; 11, с. 174–187; 13, с. 222–241; 34, с. 24–25, 62–65; 35, с. 35–37, 90–95].

Контрольные вопросы и задания

1. Дайте определение явлению дифракции.

2. Дайте характеристику основным методам решения задач дифракции.

3. Каковы пределы применимости метода геометрической оптики?

4. Какие особенности имеет метод физической оптики?

5. Объясните основные идеи метода Фурье на примере дифракции ЭМП на металлическом цилиндре.

6. Дайте определение зонам Френеля и спирали Корню.

7. Какие особенности имеет дифракция Фраунгофера?

Т ема 15. Условия распространения ЭМВ
в направляющих системах

Направляемые ЭМВ. Понятие о линиях передачи и направляющих системах. Типы регулярных линий передачи. Поперечные и продольные составляющие векторов ЭМП. Классификация ЭМВ. Е, Н, Т и гибридные ЭМВ.

Решение уравнений Гельмгольца для направляемых волн. Связь поперечных составляющих векторов ЭМП с продольными. Постоянная распространения, критическая частота (критическая длина волны), длина волны в линии передачи, фазовая скорость, характеристическое сопротивление, затухание.

Общие свойства волн типа Т, Е и Н. Скорость распространения энергии. Дисперсия. Понятие об одномодовом и многомодовом режимах работы. Мощность, переносимая ЭМВ в линии передачи.