книги из ГПНТБ / Кирдеев, В. В. Плоские электромагнитные волны учеб. пособие

ние двух компонент в точках 1—4 дает вновь линейно-поляризо­ ванную волну, но так как при этом изменилась взаимная ориен­

Произошел поворот плоскости поляризации волны. На рис. 2.15,г изображено положение троек векторов в различных точках еще через четверть периода, а на рис. 2.15,(3 — последующее положе­ ние векторов в точке 4- для различных моментов времени.

Явление поворота плоскости поляризации линейно-поляризо­ ванной волны при распространении ее в анизотропной среде полу­ чило название эффекта Фарадея, а саки анизотропные среды, благодаря этому явлению, называют еще гиротропными.

Из рис. 2.15 видно, что угол поворота зависит от разности ско­

ложном направлении, т. е. навстречу вектору Н0, то для наблюда­

теля, продолжающего смотреть вслед вектору Н0 (но не Я), вра­ щение плоскости поляризации будет происходить вновь по часо­

Пусть в точке 1 гиротропного пространства расположен излу­ чающий диполь, а в точке 2 — приемный. Для обеспечения макси­ мального приема последний нужно повернуть в пространстве на угол 0ПОв (на рис. 2.16 0Пов==45о). Если же излучать будет ди­ поль 2, то диполь в точке 1 электромагнитную волну принимать

не будет, так как вектор £ пришедшей волны оказался перпенди­ кулярным оси приемного диполя.

Ферромагнитный резонанс. Как отмечалось ранее, только по­ тери в феррите препятствуют свободной прецессии магнитного момента с частотой ооо. Поэтому на этой частоте достаточно пере­

61

давать прецессирующим электронам энергию, равную теряемой ими, чтобы прецессия стала незатухающей.

Роль такого источника, компенсирующего потери и поддержи­ вающего свободную прецессию, может выполнять электромагнит­

ная волна с круговой поляризацией магнитного поля, если на­ правление и частота вращения вектора магнитного поля совпа­ дают с направлением и частотой свободной прецессии. Так как при

правления вектора Н0), то в соответствии с принятым оп­ ределением такой волной яв­ ляется волна с правым вра­ щением на частоте

нию магнитного момента прецессировать с частотой too. Поэтому амплитуда прецессии при ш Ф шд меньше, чем при со = шо. Но на

62

ния. Резонансные явления наблюдаются и при поперечном распро­ странении волн. На частоте поперечного резонанса сильное погло­ щение испытывает необыкновенная волна.

Двойное лучепреломление. Предположим, что имеется волна.

распространяющаяся перпендикулярно вектору Нй, у которой век-

63

торы £ и Я н е совпадают с координатными осями Y, Z (рис. 2.11). Такую волну можно представить в виде совокупности обыкновен­ ной и необыкновенной волн со взаимно перпендикулярными век­

торами (е о6± Е ио Н Я/og ]_/УН0).

Вследствие различия фазовых скоростей по мере распростране­

В результате , электромагнитная волна из линейно-поляризо­ ванной трансформируется в волну эллиптически поляризованную. При этом коэффициент эллиптичности (т) неодинаков для раз­ личных точек пространства.

ствует волнам с экспоненциально убывающей амплитудой. Следо­ вательно, в этом случае распространение правокруговых волн ста­ новится невозможным. Если анизотропная среда имеет конечные размеры в поперечном сечении (например ферритовые стержни),

* Естественно, для плазмы в этом выражении рэф нужно заменить на е9ф.

64

то волна с правым направлением вращения из феррита Вытесня­ ется и распространяется вне ферритовой среды.

Волна с левым направлением вращения при этом распростра­

распространении, когда отрицательной становится проницаемость среды для необыкновенной волны (рЭф < 0).

Необратимый фазовым сдвиг. Если две синфазные Кругопо­ ляризованные волны с правым направлением вращения распро­ страняются вдоль постоянного магнитного поля и одна из них

Фазовый сдвиг зависит от величины постоянного магнитного поля и поэтому может легко регулироваться.

Явление это необратимо, так как при изменении направления

#о разность фаз становится равной

Перечисленные выше явления и эффекты возникают в естест­ венных условиях распространения радиоволн в анизотропных сре­ дах (например, при распространении радиоволн через ионосферу) и их нужно иметь в виду при расчетах реальных радиолиний. Кро­ ме того, эти же явления нашли широкое применение в различных устройствах СВЧ специального назначения. Например, в волноводной технике важное место занимают так называемые волно­ водно-ферритовые устройства.

Г Л А В А III

ОТРАЖЕНИЕ И ПРЕЛОМЛЕНИЕ ПЛОСКИХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН

В реальных условиях на своем пути электромагнитные волну всегда встречают препятствия в виде тел той или иной формы, имеющих резкую границу раздела (ионосфера—Земля—морская поверхность, различные неоднородности атмосферы и т. д.).

Известно, что электромагнитное поле на границе раздела двух сред определяется граничными условиями (или пограничными уравнениями):

£tgi - £ t B* = 9;

Mts , Нхg 2 — v;

D« i D„ о —

Ba1 Bni = 0.

Рассмотрим электромагнитные явления, возникающие при па­ дении плоской волны на безграничную плоскость раздела двух сред. При такой постановке задачи возможно воспользоваться за­ конами геометрической оптики *. Поэтому необходимо предвари­ тельно ввести новое понятие — луч, под которым понимается от­ резок вектора, перпендикулярного фронту плоской однородной волны.

Падая на границу раздела двух сред, электромагнитная волна частично проходит через нее, продолжая распространяться в об­ щем случае в другом направлении (преломленная волна), частич­ но же отражается от границы (отраженная волна). Это изображе­ но на рис. 3.1.

* Доказательство приведено в приложении III.

66

Сформулируем основные Законы геометрической оптики, из­ вестные так же, как законы Снеллиуса *:

1. Если падающая волна плоская, то плоскими являются и волны отраженная и преломленная.

Рис. 3.1.

2. Падающий, отраженный и преломленный лучи находятся всегда в одной плоскости, нормальной к границе раздела.

3. Угол падения равен углу отражения (рис. 3.2). 4. Синусы углов падения и

преломления относятся как по­ стоянные распространения в соответствующих .средах:

кость падения — с плоскостью XOZ (рис. 3,3). Здесь же показа­

ны направления векторов Е и Н падающей, отраженной и прелом­ ленной волн. Электрические векторы всех волн направлены пер­

Рис. з 4.

пендикулярно к плоскости падения и параллельно оси у. Магнит­ ные векторы имеют составляющие /Ух и Н г.

Чтобы получить выражение для коэффициентов отражения и преломлейия, необходимо построить векторную картину падаю­

Рис. 3.5.

щей, отраженной и преломленной волн в точке на границе разде­ ла сред (рис. 3.5). При построении было учтено направление век­ торов, изображенных на рис 3.3.

Так как на границе раздела отсутствуют токи и заряды, то по­ граничные уравнения будут записаны в следующем виде:

(3.4)

69