10
1 BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI KHOA: ĐIỆN ĐIỆN TỬ TÀU BIỂN BỘ MÔN: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG BÀI GIẢNG TRƯỜNG ĐIỆN TỪ VÀ TRUYỀN SÓNG TÊN HỌC PHẦN :TRƯỜNG ĐIỆN TỪ VÀ TRUYỀN SÓNG MÃ HỌC PHẦN : 13205 TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO : ĐẠI HỌC CHÍNH QUY DÙNG CHO SV NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG HẢI PHÒNG – 2010

Bai Giang Truong Va Song Dien Tu 7457

Embed Size (px)

DESCRIPTION

cơ bản và nâng cao về bản chất sđt

Citation preview

  • 1

    B GIAO THNG VN TITRNG I HC HNG HI

    KHOA: IN IN T TU BINB MN: IN T - VIN THNG

    BI GING

    TRNG IN T V TRUYN SNG

    TN HC PHN :TRNG IN T V TRUYN SNG

    M HC PHN : 13205

    TRNH O TO : I HC CHNH QUY

    DNG CHO SV NGNH: IN T - VIN THNG

    HI PHNG 2010

  • 2

    CHNG M U

    0.1. Gii tch vct- Tch v hng ca hai vecto :

    . . . . osA B B A A B c - Tch c hng ca hai vecto :

    x sin .A B AB n( A , B v n lm thnh tam din thun)

    - o hm khi (hay o hm khng gian) ca mt trng (c th l trng v hng P,

    hoc trng vecto B ) l mt i lng (v hng hoc vecto) :gradP P l mt vecto

    00 0

    P P PP x y z

    x y z

    divB B l mt i lng v hng

    . yx zBB B

    Bx y z

    xrotB B l mt vecto

    00 0

    x

    x y z

    x y z

    Bx y z

    B B B

    Trong : ton t Nabla ( ) trong ta decac c dng

    0 0 0x y zx y z

    Ch hai cng thc chuyn i tch phn :

    Cng thc Gauss . . .S V

    B n ds divB dv ngha : nu 0divB th . . . 0

    S V

    B n ds divB dv tc l tch phn i lng B theo mt mt kn S c gi tr khc 0, ta gi trong mt kn S c ngun, cn khc i ta gi trong mt kn khng c g (ngun).

    Cng thc Stok . .L S

    B dl rotB ds ngha : nu 0rotB th . . 0

    L S

    B dl rotB ds tc l tch phn i lng B theo mt ng cong kn L c gi tr khc 0, ta gi B l trng xoy (ng sc khp kn), cn khc i ta gi l trng khng xoy.

    0.2. in trng tnh- Trng tnh in l trng c to ra xung quanh cc in tch c nh ( E v D

    khng thay i theo thi gian).- Trng tnh in l mt trng th.- L mt trng mang nng lng, c tng tc ln cc in tch. Cc in tch chuyn

    ng ngang qua trng s c gia tc.

  • 3

    - nh l Gauss :

    .S

    D ds q Q Trng tnh in l mt trng c ngun :

    ( )div E - Trng tnh in khng phi l mt trng xoy, cc ng sc ca trng khng khp

    kn trong khng gian :

    0rotE - Vect cng in trng E v th (in th) ca trng U :

    E gradU U 2 0U

    - iu kin b :Thnh phn tip tuyn ca vect cng in trng lin tc ti b :

    1 2t tE EThnh phn php tuyn ca vect in cm gin on ti b khi trn b mt phn cch

    c in tch :

    1 2n nD D

    0.3. Dng in dn- Dng in dn l dng chuyn ng c hng ca cc ht mang in.- nh lut bo ton in tch :

    ddivJ

    dt

    i vi dng in khng i :

    0divJ - nh lut m :

    J E- Cc nh lut Kirchoff (2 nh lut : tng cc dng in mt nt bng 0, v tng cc

    st p trn mt mch vng bng tng cc sc in ng)

    0.4. T trng tnh- T trng tnh l trng c to ra xung quanh cc dng in khng i ( B v H

    khng thay i theo thi gian).- nh lut Ampe : Lu s ca vect cng t trng H theo mt ng cong kn L

    bng tng i s ca cc dng in nm trong vng kn :

    .L

    H dl IT trng l mt trng xoy, cc ng sc t khp kn trong khng gian bao quanh cc dng in to ra t trng :

    rotH J- Thng lng ca vect cm ng t qua mt mt kn bng 0 :

    . 0S

    B d s T trng l trng khng c ngun :

    0divB - iu kin b :

  • 4

    Thnh phn php tuyn ca vect cm ng t lin tc ti b :

    1 2n nB BThnh phn tip tuyn ca vect cng t trng gin on ti b khi trn mt

    phn cch c dng in :

    1 2t t sH H J

  • 5

    Chng 1TRNG IN T

    1.1 H PHNG TRNH MAXELL

    H phng trnh Maxell dng vi phn (ct 1 bng 4.1 tr. 46 gio trnh)

    0

    ErotH J

    t

    HrotE

    t

    div E

    div H

    Hoc

    x

    x

    .

    . 0

    t

    t

    DH J

    BE

    D

    B

    H phng trnh Maxell dng tch phn (ct 3 bng 4.1 tr. 46 GT)

    . .

    .

    .

    . 0

    l S

    l s

    S

    S

    dH dl I D ds

    dt

    E dl Bd st

    E ds q

    H ds

    Trong :

    E Vect cng in trng [V/m]D Vect in cm ( )D E [A/m2]H Vect cng t trng [A/m]B Vect t cm ( )B H [T=Wb/m2]J Mt dng in [A/m2] Mt in tch khi [C/m3]

    ngha vt l ca cc phng trnh Maxell c tm tt nh trong ct 4 bng 4.1 tr.46 GT:

    - phng trnh Maxell th nht c th bin i nh sau :

    . ( ) dan dichl s s s

    EH dl J d s Jd s Ed s i i

    t t

  • 6

    trong dans

    i Jd s l dng in dn-dng chuyn ng ca cc in tch, cn

    J E (nh lut m tr.27)( E)

    dich

    s s

    i Ed s d st t

    l dng in dch-dng xut hin do c s

    bin thin ca cng in trng theo thi gian. Khi nim v dng in dch c trnh by r rng v n gin mc 4.1 tr. 40 GT.

    in trng bin thin theo thi gian sinh ra t trng xoy (bin thin trong khng gian vi ng sc khp kn)

    - phng trnh Maxell th hai c th vit

    .l s

    dE dl Bd s

    dt t

    T trng bin thin theo thi gian sinh ra in trng xoy

    - phng trnh Maxell th ba th hin in trng c ngun, ngun ca in trng l cc in tch.

    - phng trnh Maxell th t th hin t trng khng c ngun. Trong t nhin khng c cc t tch t do.

    - iu kin b tng qut ca trng in t trng bin thin :

    1 2 1 2

    1 2 1 2

    t t n n

    t t s n n

    E E D D

    H H J B B

    Ch 1 : Nguyn l i ln ca cc phng trnh Maxell

    mm

    m

    m

    ErotH J

    H E t

    HJ J rotE Jt

    div E

    div H

    trong mJ v m l i lng o

    Ch 2 : in trng tnh v t trng tnh l cc trng hp ring ca trng in t bin thin, khi cc thnh phn o hm theo thi gian bng 0, H phng trnh Maxell trong cc trng hp ny s c cc bin dng nh cc kt qu kho st ca cc chng 1, 2, 3.

    Ch 3 : Mt s cng thc ca gii tch vect cn n li mn Ton cao cp 2, v c ghi li ph lc 1 tr.270 GT.

    1.2 NH L POYNTING

  • 7

    1.2.1 nh l Poynting :

    s

    dWP d s

    dt

    trong 2 2

    ( )2 2V

    E HW dv

    l nng lng in t tch t trong th tch V

    . .V

    P J E dv l cng sut tn hao nhit ca dng in trong V

    xE H c gi l vect Poynting.

    - Vect l vect mt thng lng nng lng chy qua mt S trong n v thi gian.Theo nh ngha, th nng lng ca trng in t mi im s lan truyn theo

    phng ca vect , tc l phng php tuyn vi mt phng to bi hai vect E v H . Gi tr (tc thi) :

    . .sin( , ) .E H

    E H E H E H

    (W/m2)Gi tr trung bnh :

    * *

    0

    1 1 1(E ) Re(E )

    2 2

    T

    m mtb dt H HT

    - nh l Poynting ch ra rng : s bin i nng lng trng in t trong mt th tch V, mt phn do bin thnh nhit v mt phn do truyn lan thot ra mt bao bc th tch y.

    - Cn gi l nh l Umv-Poynting.

    1.2.2 Chng minh nh l Poynting tr.49Gi :

    ErotH J

    E tH H

    rotEt

    2 2

    2 2

    1( )

    2

    E H E HErotH HrotE J E E H J E

    t t t t

    2 2

    E H ( )

    1 ( ) 1 ( )

    2 2

    rotH rotE div E H

    E E H HE H

    t t t t

    t suy ra cng thc 4.30 v 4.31

    1.2.3 Cc v d minh ha nh l Poynting- Trong mi trng in mi l tng 0 , tc l 0J v 0P

    nu 0dW

    dt tc l 0

    S

    d s nng lng thot ra khi V, bao bi mt S

  • 8

    nu 0dW

    dt tc l 0

    S

    d s nng lng thm nhp vo V, bao bi mt S- Kho st s truyn nng lng qua on dy dn (tr.52).

    Cu hi n tp chng 1 :

    1. H phng trnh Maxell v ngha vt l.2. Trnh by nguyn l i ln ca cc phng trnh Maxell.3. Pht biu nh l Poynting v nu ngha vt l.4. Chng minh nh l Poynting.

  • 9

    Chng 2SNG IN T PHNG

    2.1 KHI NIM V SNG PHNG- mt ng bin : cng bin - mt ng pha : cng pha- sng in t phng : mt ng pha ng bin l mt phng (gn ng vng xa i

    vi tt c cc ngun bc x)

    2.2 SNG PHNG TRONG MI TRNG IN MI L TNG

    2.2.1 Mt s gi thit - mi trng in mi l tng 0 - khng c ngun ngoi 0, 0J - chn h ta zi mt sng (x,y), 0z zE H

    do yx x yE E i E i v yx x yH H i H i c th tch thnh 2 h thng A(gm Ex,Hy) v B(gm Ey,Hx)

    2.2.2 Phng trnh sng (5.4 tr 59)- xut pht t h phng trnh maxell vi gi thit 2.2.1- trin khai hai v ca M1 v M2, ch sng truyn theo trc z nn

    0x y

    ch c 0

    z

    i vi , , ,x y x yE E H H

    0x y z t

    i vi ,z zE H

    dn ra c h phng trnh 5.2 tr 58.- nhn c phng trnh sng i vi cc thnh phn sng, ly Ex lm in hnh,

    xut pht t I.a

    zH

    y

    y xH E

    z t

    vi phn 2 v :

    ( . )2 2

    2 2

    1( ) ( )

    xEHy II bzt

    y yx xH HE E

    t t z z t z

    - rt ra phng trnh sng i vi Ex :

    2 2

    2 2

    1x xE E

    t z

    t 1

    v

    ta c pt 5.4 tr 59 :

    2 2

    2 2 2

    10x x

    E E

    z v t

    hay

    2 2

    2 20x x

    E E

    t

    vi z

    v

    2.2.3 Nghim ca phng trnh sng Nghim ca 5.5 l hm s ty theo hai bin dng ( )F t v ( )F t v c hai

    hm ny u c o hm bc 2 theo t v bng nhau.Nghim tng qut c dng :

  • 10

    1 2 1 2( ) ( ) ( ) ( )xz z

    E F t F t F t F tv v

    1( )F t biu din sng truyn theo hng z dng

    2 ( )F t biu din sng truyn theo hng z m

    2.2.4 Quan h gia cc thnh phn trng

    T y xH E

    z t

    thay

    1

    1

    ( )

    ( )

    x

    y

    zE F t vzH G t v

    ta c ' '1 11

    ( ) ( )z zF t G tv vv

    ly tch phn theo bin ( )zt v li c 1 11

    ( ) ( )z zF t G tv vv

    ch : 1

    v

    v c 1 1( ) ( )z zF t G tv v

    Nh vy i vi sng thun :

    0x

    y

    EZ

    H

    gi l tr khng sng

    2.2.5 Sng phng iu hai vi sng phng iu ha :

    1( ) cos ( ) cos( )z zF t A t A t zv v v

    K hiu : 2 2f

    kv v

    v gi l h s pha hay hng s sng, c th vit

    0 0

    ( ) ( )0 0

    cos( ) cos( )x

    i t kz i t kzx

    E E t kz E t kz

    hay

    E E e E e

    Thnh phn Hy vung gc vi Ex v c gi tr bng 00

    EZ .

    Hnh 5.3a biu din s ph thuc ca cc thnh phn E v H theo thi gian ti mt im z c nh.Hnh 5.3b biu din s ph thuc ca E v H theo z mt thi im c nh.

    2.3 SNG PHNG TRONG MI TRNG BN DN

    2.3.1 Phn loi mi trng truyn sngThc t khng c mi trng in mi l tng, v do ch c mi trng truyn

    sng bn dn.

    Tnh bn dn ph thuc vo quan h tng i gia dng in dn Jdn ( )E v dng

    in dch Jdch ( )E

    t

    .

    Mi trng c coi l mi trng dn in, nu :