Возникновение волн в двухпроводной линии.

Линией передачи называют систему проводников, вдоль которых может распространяться электромагнитная волна с малыми потерями энергии. Рассмотрим для определенности бесконечную двухпроводную линию (два параллельных проводника, в частном случае два провода), рис. 4 (а, б).

Предположим, что на конце линии источник переменного синусоидального напряжения создается переменное электрическое поле (см. рис. 1а). Оказывается, что электрическое поле начнет распространятся вдоль линий. Рассмотрим это явление качественно.

Предположим, что в данный момент времени электрическое поле между точками увеличивается. Согласно основному положению теории Максвелла изменяющееся электрическое поле (см. 2-е уравнение Максвелла) создает вихревое магнитное поле. Так как увеличивается , следовательно, вектор плотности тока смещения (линии находятся в воздухе, или в вакууме, для воздуха ) направлен в ту же сторону, что и .

Находим, что магнитное поле направлено, как показано на рис. 4 (по правилу правого винта). Это магнитное поле также будет меняться во времени: .

Но изменяющееся магнитное поле вызывает (см. 1-е уравнение Максвелла) появление вихревого электрического поля (его направление связано с направлением правилом левого винта). Поле (линии вектора показаны пунктиром вне линии) в месте расположения проводников вызывает в проводниках ток проводимости , а между точками линии – ток смещения (его плотность ). Поле в точках направлено противоположно полю , и, следовательно, гасит . Поле , создаваемое током смещение между точками , гасит поле . Таким образом, поля , в точках исчезнут, зато появятся в точках . Строго говоря, все точки , и т. д. следует считать бесконечно близкими. Электрические и магнитные поля, взаимно превращаясь и поддерживая друг друга, будут распространяться вдоль линии. Как видно из рис. 1а, в распространяющейся электромагнитной волне векторы и перпендикулярны друг другу и к направлению распространения волны, т. е. вектору скорости . Направления (см. рис. 4) этих векторов связаны правилом буравчика: направление совпадает с направлением поступательного движения буравчика с правой нарезкой, если его рукоятка вращается в направлении от к .

Распределение электрического и магнитного полей в распространяющейся волне представлены на рис. 4б.

Если поле в точках меняется по гармоническому закону с частотой , , то следовательно, в какой- либо точке , удаленной на расстояние от , возникнут колебания поля с некоторым опозданием , где – скорость распространения волны. Следовательно, в любой точке , здесь . Аналогично для вектора : .

Поскольку токи проводимости тоже создают магнитные поля, то структура поля в поперечном сечении линии (см. рис. 4б) довольно сложна и зависит от геометрии проводников линии. В частности, в используемой измерительной линии электромагнитная волна распространяется вдоль цилиндрического внутреннего и двух плоских параллельно соединенных вместе проводников.

Если концы линии разомкнуты (линии разорвана) или замкнуты на проводнике (линия закорочена), в ней возникают стоячие электромагнитные волны. Рассмотрим качественно работу линии передачи при этих режимах.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: