editor thumb

Ghidul de unda

autor:Edward M. Purcell copy:CURS DE FIZICA BERKLEY vol II ELECTRICITATE SI MAGNETISM sursa:externa contact:-

Ghidul de unda se defineste destul de exact insasi prin numele lui.
Rolul ghidului de unda este ca prin constructia lui sa permita circulatia undelor electromagnetice in interiorul acestuia cu pierderi cat mai mici. Este practic un „conductor” fara fir in interior, utilizat pentru transmiterea undelor electromagnetice intre antena si emitator sau receptor.

Frecventele la care se folosesc ghidurile de unda sunt de la  GHz la sute de GHz .Lungimea ghidurilor de unda este de la cativa centimetri pana la zeci de metri.

Pozelele unor ghiduri sun prezentate in figurile de mai jos:

          


 

 

 

 

 

"Exista posibilitatea trimiterii undelor electromagnetice prin tuburi metalice goale. Presupunem ca peretii interni ai unui astfel de tub numit gid de unda au rezistenta electrica nula si ca sectiunea lui transversala este dreptunghiulara.

Distributia campurilor electrice si magnetice intr-un astfel de ghid poate fi de forma data in figura 1.Ne imaginam ca un oscilator de microunde este conectat la capatul din stanga si alimenteaza cu energie electromagnetica cavitatea. Figura 1a arata o privire laterala a ghidului, figura 1b o privire de sus iar figura 1c o sectiune transversala prin ghid. Ca si pentru cazul cablului coaxial distributia campurilor electrice este astfel incat nu are componenta tangentiala in nici un punct al suprafetei interioare a ghidului. Campurile E si B sunt in faza, de asemenea la fel ca in cazul cablului coaxial.

Ca pentru orice unda progresiva frecventa unghiulara  a undei electromagnetice ce trece prin ghid poate fi continuu variata cu toate acestea, pentru un ghid de dimensiuni date, exista pentru fiecare mod de transmisie sau configuratie pentru E si B o asa-numita frecventa de taiere  . Un ghid de unda dat nu va putea transmite unde pentru un mod dat daca frecventa ei este mai mica ca frecventa de taiere pentru acel mod de ghid.
 

                                           Fig.1

Distributia de camp din figura 1 arata modul dominant pentru un ghid dreptunghiular; acesta este modul cu cea mai joasa frecventa de taiere. Fiind data frecventa a undelor ce trebuie transmise se obisnuieste sa se aleaga in practica ghidul al carui dimensiuni sunt astfel alese incat este mai mare ca frecventa de taiere  pentru modul dominant dar mai mica ca frecventa de taiere pentru toate celelalte moduri. In aceste conditii modul dominant de propagare este unicul posibil.

Intr-un cablu coaxial (fara rezistenta) viteza de deplasare a configuratiei de campuri este c. Intr-o linie de transmisie acustica din figura 2 (presupusa fara „rezistenta”) unda se deplaseaza de asemenea cu o viteza v, care este aceeasi cu viteza de propagare intr-un mediu infinit. Totusi intr-un ghid de unda viteza nu este c !

                                          Fig.2

Intr-un ghid de unda trebuie sa distingem intre (a) viteza de faza  care este viteza cu care configuratia de campuri din figura 1 se deplaseaza si (b) viteza de grup , care este viteza cu care energia electromagnetica sau „semnalul” ce transporta informatia, se propaga in lungul ghidului. Aceste viteze, ce sunt egale pentru undele electromagnetice in cablul coaxial si pentru undele acustice in tuburi, sunt diferite pentru undele ce se propaga prin ghiduri.

Viteza de faza nu este masurabila direct. Configuratia de campuri este o structura periodica si de aceea nu exista nici un procedeu de a deosebi un maxim al undei de altul. Putem observa intrarea sau iesirea undei din ghid dar este imposibil sa identificam un anumit maxim din cele care trec prin ghid si deci sa masuram intervalul de timp necesar pentru a traversa ghidul.

Putem „marca” unda de exemplu crescand pentru un scurt interval de timp, puterea oscilatorului. Putem astfel masura intervalul de timp necesar acestui plus de putere sa traverseze ghidul dar nu avem nici o garantie ca el se va propaga cu aceeasi viteza ca si configuratia de campuri, ceea ce se intampla intr-adevar. Viteza de propagare a unor astfel de semnale sau „marcaje” corespunde vitezei de propagare a energiei si care este tocmai viteza de grup.

Din ecuatiile lui Maxvel se poate arata ca viteza de faza si cea de grup pentru modul reprezentat  in figura 1 este:



  
In care a este largimea ghidului si l lungimea de unda a spatiului liber.Observati ca pentru a → ∞, care corespunde conditiei de spatiu liber, .

Viteza de faza este mai mare decat videza lumini, viteza de grup fiind in mod corespunzator mai scazuta. In teoria relativitatii am invatat ca nici un semnal sau transport de energie nu se poate propaga cu viteze mai mari decat cea a luminii. Energia sau semnale, nu pot fi transmise prin ghid cu o viteza mai mare ca c; ele se propaga cu o viteza   care este totdeauna mai mica ca c si deci este in concordanta cu teoria relativitatii.
Lungimea de unda din ecuatiile (1) si (2) este lungimea de unda masurata pentru oscilatii in  saptiu liber, adica  


unde c = este viteza din spatiu liber iar  frecventa. Pentru o frecventa data lungimea undei in ghid  trebuie sa difere de cea a lungimii undei in spatiu liber  deoarece  s-a modificat. Relatia care da lungimea de unda din ghiduri este:




Din ecuatia 1 rezulta:       




Astfel lungimea de unda in ghid, ceea ce reprezinta lungimea de unda a configuratiei de campuri din figura 1, este mai mare decat lungimea de unda a undei in spatiu liber."
    

Comentarii:

Nu exista nici un comentariu la acest articol


Adauga comentariul tau:

comentariile inaccesibile
spacer
spacer