Волновое сопротивление - Википедия - Wave impedance

В волновое сопротивление из электромагнитная волна это соотношение поперечных компонентов электрический и магнитные поля (поперечные компоненты находятся под прямым углом к ​​направлению распространения). Для поперечно-электромагнитного (ТЕМ ) плоская волна путешествие по однородному средний волновое сопротивление везде равно собственному сопротивлению среды. В частности, для плоской волны, бегущей через пустое пространство, волновое сопротивление равно импеданс свободного пространства. Символ Z используется для его представления и выражается в единицах Ом. Символ η (эта ) может использоваться вместо Z волнового сопротивления, чтобы избежать путаницы с электрический импеданс.

Определение

Волновое сопротивление определяется выражением

${ displaystyle Z = {E_ {0} ^ {-} (x) over H_ {0} ^ {-} (x)}}$

куда ${ Displaystyle E_ {0} ^ {-} (х)}$ электрическое поле и ${ Displaystyle H_ {0} ^ {-} (х)}$ магнитное поле, в фазор представление. Импеданс, как правило, равен комплексное число.

В терминах параметров электромагнитной волны и среды, через которую она распространяется, волновое сопротивление определяется выражением

${ displaystyle Z = { sqrt {j omega mu over sigma + j omega varepsilon}}}$

куда μ это магнитная проницаемость, ε это (настоящий) электрическая проницаемость и σ это электрическая проводимость материала, через который проходит волна (что соответствует мнимой составляющей диэлектрической проницаемости, умноженной на омега). В уравнении j это мнимая единица, и ω это угловая частота волны. Как и электрический импеданс, импеданс является функцией частоты. В случае идеального диэлектрик (где проводимость равна нулю) уравнение сводится к действительному числу

${ displaystyle Z = { sqrt { mu over varepsilon}}.}$

В свободном пространстве

В свободное место волновое сопротивление плоских волн составляет:

${ displaystyle Z_ {0} = { sqrt { frac { mu _ {0}} { varepsilon _ {0}}}}}$

(куда ε₀ это постоянная диэлектрической проницаемости в свободном пространстве и μ₀ это постоянная проницаемости в свободном пространстве) и:

${ displaystyle c_ {0} = { frac {1} { sqrt { mu _ {0} varepsilon _ {0}}}} = 299 792 458 { text {m / s}}}$ (посредством SI определение метр )

следовательно, поскольку значения ${ displaystyle c_ {0}}$ и ${ displaystyle mu _ {0}}$ точны, значение ${ displaystyle Z_ {0}}$ в омах ровно:

${ displaystyle Z_ {0} = mu _ {0} c_ {0} = 4 pi times 10 ^ {- 7} { text {H / m}} times 299 792 458 { text {m / s} } = 376,730313 ldots ~ Omega приблизительно 120 pi ~ Omega}$

В безграничном диэлектрике

В изотропный, однородный диэлектрик с незначительными магнитными свойствами, т.е. ${ displaystyle mu = mu _ {0} = 4 pi times 10 ^ {- 7}}$ H / м и ${ displaystyle varepsilon = varepsilon _ {r} times 8.854 times 10 ^ {- 12}}$ Ф / м. Итак, значение волнового сопротивления в идеальном диэлектрике равно

${ displaystyle Z = { sqrt { mu over varepsilon}} = { sqrt { mu _ {0} over varepsilon _ {0} varepsilon _ {r}}} = {Z_ {0} over { sqrt { varepsilon}} _ {r}} приблизительно {377 over { sqrt { varepsilon _ {r}}}} , Omega}$,

куда ${ displaystyle varepsilon _ {r}}$ относительный диэлектрическая постоянная.

В волноводе

Для любого волновод в форме полой металлической трубы (например, прямоугольной направляющей, круговой направляющей или двухреберной направляющей) волновое сопротивление бегущей волны зависит от частоты ${ displaystyle f}$, но одинаков во всем руководстве. Для поперечного электрического (TE ) режимах распространения волновое сопротивление составляет:^[1]

${ displaystyle Z = { frac {Z_ {0}} { sqrt {1- left ({ frac {f_ {c}} {f}} right) ^ {2}}}} qquad { mbox {(режимы TE)}},}$

куда ж_c - частота отсечки моды, а для поперечного магнитного (TM ) режимах распространения волновое сопротивление составляет:^[1]

${ displaystyle Z = Z_ {0} { sqrt {1- left ({ frac {f_ {c}} {f}} right) ^ {2}}} qquad { mbox {(режимы TM) }}}$

Выше отсечки (ж > ж_c), импеданс реальный (резистивный), и волна несет энергию. Ниже порогового значения импеданс является мнимым (реактивным), а волна мимолетный. Эти выражения не учитывают влияние резистивных потерь в стенках волновода. Для волновода, полностью заполненного однородной диэлектрической средой, применимы аналогичные выражения, но с волновым сопротивлением среды, заменяющим Z₀. Наличие диэлектрика также изменяет частоту отсечки. ж_c.

Для волновода или линии передачи, содержащей более одного типа диэлектрической среды (например, микрополоска ) волновое сопротивление обычно будет изменяться в поперечном сечении линии.

Смотрите также

• Характеристический импеданс
• Импеданс (значения)

Рекомендации

Эта статья включаетматериалы общественного достояния от Администрация общих служб документ: «Федеральный стандарт 1037С». (в поддержку MIL-STD-188 )