Файл: Туровский Я. Техническая электродинамика.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.04.2024

Просмотров: 268

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

 

Результирующая

напряженность

электрического поля

равна разности между Em(z),

выраженной

(4-17), и ве­

личиной Em(d—г),

откуда

 

 

 

 

 

 

Em(z) = ^ - H m s

i ^

 

е

^ _ м ч - 1

+

 

(4-28)

 

Принимая, как и

раньше, М = — 1,

после

нескольких

преобразований

получаем:

 

 

 

 

 

 

И

М — И

Ch a (d/2 z)

р

 

а

л

sh а {d/2 — z)

nm(Z)

n m a

c h ( a d / 2 )

и

nm(Z)—

^ n m s i

c

h ( a d / 2 ) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(4-29)

 

 

 

 

4-4.

ПОТЕРИ МОЩНОСТИ В ЭКРАНАХ

1. Вектор Пойнтинга и потери мощности в экране при одностороннем падении волны.

Потери активной мощности и потребление реактивной мощности в экране рассчитываем на основании теоремы Пойнтинга.

Комплексный вектор Пойнтинга на глубине z от по­ верхности металла равен векторному произведению комп­ лексов действующего значения напряженности электри­ ческого поля (4-17) на действующее сопряжение значе­ ния напряженности магнитного поля (4-15):

 

ss = sp

+ js„ - 4

(Ё-ХНт ) = i n ^

H2msi

x

 

g» (d-z)

_

M i

e - o . (d-z)

*a (d-z)

+ ^ - S

{d-z)

 

 

X

o,d

M

M

0—ad

*

 

*

1

(4-30)

 

 

 

 

 

 

 

e

+

MxM2e

 

 

 

 

(2-47) a = (l -\-}) k

 

*

( l — j)k.

 

где

согласно

и a =

 

Если коэффициенты отражения Mi и M2

(4-12) содер­

жат

волновые

 

сопротивления

диэлектриков,

которые

являются

действительными, и

волновые

сопротивления

металлов, которые являются комплексными, то вторыми можно пренебречь по сравнению с первыми. Если в (4-12) содержатся только волновые сопротивления ме­ таллов, которые все имеют одинаковый аргумент, то множители e'Kli сокращаются и остаются только модули Таким образом, на практике коэффициенты отражения можно рассматривать как действительные и вместо комп­ лексных значений Zh Z2 и Z 3 применять в расчетах их модули.

176


Учитывая вышеуказанное и устраняя иррациональ­ ность из знаменателя (4-30), получаем:

 

 

 

I

с

-if "V"

т,2

 

 

с

с

m

s l A V

 

 

Ss

= Sp-\-]S4

 

= у g-

2

 

 

 

 

 

 

 

2Y

 

 

 

X

[ e 2f 4 d - z)„ J w2 e _ 2 S

(d-z)_2Af2 sin26

(d —z)] •

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

/ [eihid-z)

Mle-ik{d-z)

+ 2Af2 sin 2k (d z)\

(4-31)

 

 

-f-2A4jyW2cos 2Ы

 

 

 

 

 

 

 

Это и есть полная мощность, входящая в экран, на

единицу

поверхности

2 = 0. Если экран

расположен в ди­

электрике, то

практически

вся эта

мощность остается

в нем в виде потерь или возвращается

к источнику как

реактивная мощность, так как отражение магнитной со­ ставляющей волны от противоположной поверхности является почти идеальным и результирующий вектор Пойнтинга, выходящий через противоположную поверх­ ность, является пренебрежимо малым. Но это допущение нельзя считать вполне точным, когда немагнитный экран прилегает к поверхности стали. В общем смысле актив­ ная мощность, рассеиваемая в экране на единицу его поверхности в виде тепловых потерь, находится как раз­

ность

активного

единичного

потока мощности Sp,

входя­

щего

через плоскость

г = 0

и

выходящего через

пло­

скость z = d:

 

 

 

,2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pi =

XV/

^2Y-

- p l ,

(4-32)

где

e2hd

— М22е~

— 2Af2sin2fed — 1 + N[\

 

 

(4-33)

 

егы

+ М\.Ще-*м

— 2MlM2zos 2kd

 

 

причем обычно д,2=рю (немагнитные экраны). Аналогичным образом определим реактивную мощ­

ность, потребляемую экраном на единицу поверхности:

 

а.=^/Щ^т->

 

с 4 - 3 4 )

где

 

 

 

e^d _

м\е - 2 М +

2Af2

sin 2kd — 1 + М\

eiM

_|_ M\M\e-^d

 

(4-35)

— 2M,Af2cos 2kd

12—346

 

 

177


Формулы (4-32) и (4-34) отличаются

от основной

(3-10а) для массивного полупространства

исключитель­

но коэффициентами % и £.

 

Займемся лишь исследованием активных потерь мощ­ ности в экране, как более важных с практической точки зрения.

График функции х (4-33)

можно разбить на три ха­

рактерных участка:

 

 

1. В случае тонких экранов (Ы<С1) можно принять:

е ± 2 м ~ 1 + 2 М + ( 2

Ы ) 2 / 2 ! + (2Ы)

2 /3!;

s i n 2 Ы - 2 Ы — 2 ( Ы ) 3 / 6 ;

cos2Ы« l —

( 2 k d ) z / 2 .

После введения в (4-33) этих упрощений, а также зависимостей (4-12), содержащих модули волновых пол­

ных

сопротивлений

\Zi\,

\Z2\ и

| Z 3 j , получим:

 

 

_ \2kd I Z3 j 2 +

J Z2

I I Z3 \(2kd)Y2 + j Z2

|»(2fed)'/2]

X

* ~

| Z 2 | » ( | 2 . | + | 2 , | ) , , + | 2 1 | ( | Z 1 | + | Z , | ) X ~*

 

 

 

 

 

X ( I ^ | + | Z 2 | ) 2

 

 

 

 

 

X (I Z2 12

+

I Z, I I Z3 I) [2kd + (2kd)>/6\ +

 

 

 

-*+

(I Z2

|2 + I Z, I I Z3 1 )2

(2Ы)2 /2'

 

<4 "3 6 )

2.

В случае толстых экранов

(kd^>\)

в (4-33)

можно

ввести упрощение е~

= 0, откуда

 

 

 

 

к „ (е*ы _

2 sin 2kd -

 

1 +

)!(е

-

2MtM2

cos 2Ы).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(4-37)

3.

В случае средних значений kd следует

пользовать­

ся (4-33).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

На практике встречаются две типичные системы экра­ нирования: экран окружен диэлектриком и экран приле­ гает к стали. Рассмотрим их отдельно.

Э к р а н , о к р у ж е н н ы й д и э л е к т р и к о м . В слу­ чае, когда экран окружен с обеих сторон диэлектриком

(также

воздухом),

в формулах

для коэффициента %

можно

использовать

следующие

свойства

сред:

 

 

Z 1 = Z 3 > | Z 2 | и М12= — 1,

 

тогда имеем для тонких экранов

(М<С1)

 

 

К

~ 2 | Z2 [7| Z, | 2 + 2 kd I Z2 1/|

Z, I + {kdy

~kd'

( 4 _ 3 6 a )

Как видим, потери мощности в этой части кривой v.(kd) растут по мере уменьшения kd по гиперболиче-

178


ской зависимости. Однако более точная формула

показы­

вает, что начиная с некоторого

очень малого

гранично­

го значения М г р ~ У 2\Z2\/\Zi\,

коэффициент

х

и соот­

ветственно потери уменьшаются и стремятся, естествен­

но,

к нулю.

 

 

 

 

 

 

 

Для

толстых

экранов

(Ы^>1), подставляя

в (4-37)

M I = J W 2

= — 1,

получаем:

 

 

 

 

 

х ~

( e 2 M

+ 2sin 2 ; Ы)/(е 2 М — 2cos 2kd)

(4-37а)

в случае kd-^-oo;

 

 

 

 

 

 

Для

средних

экранов,

подставляя в (4-33)

Mj = M 2

=

= — 1, имеем

общую формулу, охватывающую

также

и

два

предыдущих

случая

 

 

(экран

окружен

диэлектри­

 

 

ком) :

 

 

 

 

 

 

 

к~ (sh2kd+sm2kd)l

/ ( c h 2 M — c o s 2 £ d ) . (4-33a)

Рисунок 4-9 показывает график коэффициента х, а также его обратное значе­

ние для

экрана, расположен­

ного в

диэлектрике.

График

этот

с

достаточной для

практики точностью

можно

также

 

считать

справедли­

вым и

для

экрана,

приле­

гающего

к

массивной

стали.

Э к р а н ,

 

п р и л е г а ю ­

щ и й

к

с т а л и . В

случае,

когда

медный

или

алюми­

ниевый экран защищает массивную стальную поверх­ ность, имеем зависимости

\L

i

1

1—

0

1 2 3

h

5

Рис. 4-9. Коэффициент толщи­ ны экрана (для активной мощ­ ности в замкнутом экране).

| Z 1 [ > [ Z 3 | > | Z 2 i , M t « - I ,

M2=(\Z2\-\Z3\)/(\Z2\ + \Z3\).

Согласно (2-90а) Z F e примерно равен lOOZcuСледо­ вательно, с большой точностью можно принять также М2=— 0,98» — 1 .

12*

179