ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 268
Скачиваний: 1
|
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~2М |
— 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~2Ы |
= 0, откуда |
|
|
|
|
||||||
к „ (е*ы _ |
2М2 sin 2kd - |
|
1 + |
)!(е2Ы |
- |
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 М1=М2= — 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 |