Kenttäteoria. Viikko 10: Tasoaallon heijastuminen ja taittuminen

Samankaltaiset tiedostot
ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2016)

Scanned by CamScanner

Aaltojen heijastuminen ja taittuminen

Aaltojen heijastuminen ja taittuminen

23 VALON POLARISAATIO 23.1 Johdanto Valon polarisointi ja polarisaation havaitseminen

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2015)

3.32. On tärkeätä muistaa, että tehosta desibeleissä puhuttaessa käytetään kerrointa 10 ja kentänvoimakkuuden yhteydessä kerrointa 20.

521384A RADIOTEKNIIKAN PERUSTEET Harjoitus 3

Kuten aaltoliikkeen heijastuminen, niin myös taittuminen voidaan selittää Huygensin periaatteen avulla.

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2016)

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2016)

VALON KÄYTTÄYTYMINEN RAJAPINNOILLA

l s, c p T = l v = l l s c p. Z L + Z 0

4 Optiikka. 4.1 Valon luonne

3. Optiikka. 1. Geometrinen optiikka. 2. Aalto-optiikka. 3. Stokesin parametrit. 4. Perussuureita. 5. Kuvausvirheet. 6. Optiikan suunnittelu

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2015)

Aaltojen heijastuminen ja taittuminen

Valon luonne ja eteneminen. Valo on sähkömagneettista aaltoliikettä, ei tarvitse väliainetta edetäkseen

SMG-5250 Sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) Jari Kangas Tampereen teknillinen yliopisto Elektroniikan laitos

SMG-5250 Sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) Jari Kangas Tampereen teknillinen yliopisto Elektroniikan laitos

Häiriöt kaukokentässä

Työ 21 Valon käyttäytyminen rajapinnoilla. Työvuoro 40 pari 1

Työ 21 Valon käyttäytyminen rajapinnoilla. Työvuoro 40 pari 1

SATE2010 Dynaaminen kenttäteoria syksy /6 Laskuharjoitus 6 / Siirtojohdot ja transientit häviöttömissä siirtojohdoissa

KANDIDAATINTYÖ. Pyry Salonpää ELEKTRONIIKAN JA TIETOLIIKENNETEKNIIKAN TUTKINTO-OHJELMA

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2015)

= ωε ε ε o =8,853 pf/m

25 INTERFEROMETRI 25.1 Johdanto

4 Optiikka. 4.1 Valon luonne

PIENTAAJUISET SÄHKÖ- JA MAGNEETTIKENTÄT HARJOITUSTEHTÄVÄ 1. Pallomaisen solun relaksaatiotaajuus 1 + 1

2 Staattinen sähkökenttä Sähkövaraus ja Coulombin laki... 9

Polarisaatio. Timo Lehtola. 26. tammikuuta 2009

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

S OPTIIKKA 1/10 Laboratoriotyö: Polarisaatio POLARISAATIO. Laboratoriotyö

1 Johdanto Mikä tämä kurssi on Hieman taustaa Elektrodynamiikan perusrakenne Kirjallisuutta... 8

11.1 MICHELSONIN INTERFEROMETRI

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2015)

Teoreettisia perusteita I

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2015)

Aaltoputket ja mikroliuska rakenteet

FYS03: Aaltoliike. kurssin muistiinpanot. Rami Nuotio

BM20A5800 Funktiot, lineaarialgebra ja vektorit Harjoitus 4, Syksy 2016

FY3: Aallot. Kurssin arviointi. Ryhmätyöt ja Vertaisarviointi. Itsearviointi. Laskennalliset ja käsitteelliset tehtävät

Maxwellin yhtälöt sähkämagneettiselle kentälle tyhjiössä differentiaalimuodossa: E =0, B =0, E = B/ t, B = ɛ o μ o E/ t.

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

Luku 23. Esitiedot Työ, konservatiivinen voima ja mekaaninen potentiaalienergia Sähkökenttä

Sähkömagneettiset aallot

Kuva 1. Valon polarisoituminen. P = polarisaattori, A = analysaattori (kierrettävä).

HÄVIÖLLISEN PYÖREÄN AALTOJOHDON SIMULOINTI

Tfy Fysiikka IIB Mallivastaukset

SMG-1400 SMG KENTÄT JA AALLOT 2 Kriteerit tenttiin Suuriniemi

FYSA2010/2 VALON POLARISAATIO

SATE2010 Dynaaminen kenttäteoria syksy /8 Laskuharjoitus 7 / Smithin-kartan käyttö siirtojohtojen sovituksessa

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 10: Stokesin lause

Receiver. Nonelectrical noise sources (Temperature, chemical, etc.) ElectroMagnetic environment (Noise sources) Parametric coupling

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

SEISOVA AALTOLIIKE 1. TEORIAA

Maxwell ja hänen yhtälönsä mitä seurasi?

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

jonka peruslait tiivistyvät neljään ns. Maxwellin yhtälöön.

+ 0, (29.20) 32 SÄHKÖMAGNEETTISET AALLOT (Electromagnetic Waves) i c+ ε 0 dφ E / dt ja silmukan kohdalla vaikuttavan magneettivuon tiheyden

1. Erään piirin impedanssimittauksissa saatiin seuraavat tulokset:

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 3: Vektorikentät

Suorat ja tasot, L6. Suuntajana. Suora xy-tasossa. Suora xyzkoordinaatistossa. Taso xyzkoordinaatistossa. Tason koordinaattimuotoinen yhtälö.

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

Sähköstatiikka ja magnetismi Coulombin laki ja sähkökenttä

RF-tekniikan perusteet BL50A Luento Antennit Radioaaltojen eteneminen

Elektrodynamiikka, kevät 2008

2. Miten aaltomuodot luokitellaan? Millaisia aaltomuotoja etenee koaksiaalijohdossa, suorakulmaisessa aaltoputkessa ja mikroliuskajohdossa?

Antti Rasila. Kevät Matematiikan ja systeemianalyysin laitos Aalto-yliopisto. Antti Rasila (Aalto-yliopisto) MS-A0204 Kevät / 16

Geometrinen optiikka. Tasopeili. P = esinepiste P = kuvapiste

XFYS4336 Havaitseva tähtitiede II

MS-A0207 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Luento 5: Gradientti ja suunnattu derivaatta. Vektoriarvoiset funktiot. Taylor-approksimaatio.

SATE2140 Dynaaminen kenttäteoria syksy /6 Laskuharjoitus 5 / Sähkömagneettisten aaltojen eteneminen väliaineessa ja väliaineesta toiseen

RG-58U 4,5 db/30m. Spektrianalysaattori. 0,5m. 60m

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

d+tv 1 S l x 2 x 1 x 3 MEI Mallintamisen perusteet Harjoitus 6, kevät 2015 Tuomas Kovanen

RF-tekniikan perusteet BL50A0300

MATEMATIIKAN PERUSKURSSI I Harjoitustehtäviä syksy Millä reaaliluvun x arvoilla. 3 4 x 2,

FYSIIKKA (FY91): 9. KURSSI: Kertauskurssi KOE VASTAA KUUTEEN (6) TEHTÄVÄÄN!!

Sähkömagneettiset aallot

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

l 1 2l + 1, c) 100 l=0 AB 3AC ja AB AC sekä vektoreiden AB ja

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

Mikroskooppisten kohteiden

l 1 2l + 1, c) 100 l=0

AALTOLIIKEOPPIA FYSIIKASSA

Coulombin laki. Sähkökentän E voimakkuus E = F q

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2016)

Ideaalinen dipoliantenni

Luento 15: Mekaaniset aallot. Mekaaniset aallot Eteneminen Aallon nopeus väliaineessa Energia Aallon heijastuminen Seisovat aallot

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I. Optiikka. Jyri Lehtinen. kevät Helsingin yliopisto, Fysiikan laitos

SMG-1400 SMG KENTÄT JA AALLOT 2 Kriteerit tenttiin Lehti, Niemimäki, Suuriniemi

MHz. Laske. = 1,5 j1,38

S /142 Piirianalyysi 2 2. Välikoe

EMC Säteilevä häiriö

Transkriptio:

Kenttäteoria Viikko 10: Tasoaallon heijastuminen ja taittuminen

Tämän viikon sisältöä Todellinen aalto vai tasoaalto Desibelit Esitehtävä Kohtisuora heijastus metalliseinästä Kohtisuora heijastus ja läpäisy dielektrisestä aineesta Vino heijastus ja läpäisy dielektrisestä aineesta Heijastuneen aallon polarisaatio (jos aikaa) Nämä luentokalvot ja luentomuistiinpanot eivät ole itseopiskelua varten. Itse opiskeluun käy parhaiten oppikirja (luku 8).

Tasoaalto vai palloaalto? Animaatio katsottavissa Power point -versiossa! Kaksi dipoliantennia, jotka lähettävät samassa vaiheessa ε = ε 0 Animaatio: Sähkökentän voimakkuus (V/m) yli 50 V/m alle 5 V/m Mitä huomioita animaatiosta voidaan tehdä? Milloin/missä tasoaalto-olettamus on voimassa?

Tasoaalto vai palloaalto? Animaatio katsottavissa Power point -versiossa! ε = ε 0 ~ E z uˆ E 0 e jkz z z Todellista aaltoa (palloaalto!) voidaan approksimoida tasoaaltona: riittävän kaukana lähteestä pienellä alueella Esim. matkapuhelin tukiaseman kentässä

Desibeleistä Desibeleissä verrataan tehosuuretta referenssitehoon: P vastaus desibeleissä (db) 10log 10 P ref Tasoaallon sähkökentän voimakkuus etäisyydellä z = 1 m on 10 V/m ja etäisyydellä z = m 8 V/m. Kuinka monta desibeliä aalto vaimenee?

Desibeleistä Desibeleissä verrataan tehosuuretta referenssitehoon: P vastaus desibeleissä (db) 10log 10 P ref Matkapuhelimen vastaanottoteho on esimerkiksi -xx dbm (1). Mikä on matkapuhelimen vastaanottoteho milliwateissa? (1) Android-puhelimessa: Asetukset Tietoja laitteesta Tila Signaalivoimakkuus

Esitehtävä seisova aalto (siirtojohto) z Millaisia aaltoja ovat sininen, punainen ja musta viiva? Mitä ovat solmu (node) ja kupu (anti-node) Kuinka paljon on johdolla kulkeva nettoteho eli Poyntingin vektori? Missä seisovia aaltoja esiintyy? Animation Source: https://commons.wikimedia.org/wiki/file:standing_wave.gif Animaatio katsottavissa Power point -versiossa!

Seisova aalto - sylinterikoordinaatisto Animaatio katsottavissa Power point -versiossa!

Esitehtävä heijastus impedanssien rajapinnasta V 1+ = 1 V Z 1 = 3 Ω I + 1 I - 1 I + Z = 1 Ω Miten jännite käyttäytyy rajapinnan molemmin puolin; z = 0- ja z = 0+? Millaiset aallot eri alueissa z < 0 ja z > 0? Miksi osa aallosta heijastuu tässä (z =0)? Animaatio katsottavissa Power point -versiossa!

Esimerkki millainen aalto animaatiossa? Millainen kenttä tässä pisteessä? Mitä siinä tapahtuu? -5-4 Z axis << -1 0 "Transient to standing wave" by Davidjessop - Own work. Licensed under CC BY-SA 4.0 via Commons - https://commons.wikimedia.org/wiki/file:transient_to_standing_wave.gif#/media/file:transient_to_standing_wav e.gif

Kohtisuora heijastus metalliseinästä Alue ε = 1ε 0 ε = ε 0 Alue ε = 4 ε 0 Metalliseinä σ = iso, esim. 8 10 7 S/m Mitä seinällä tapahtuu? Millainen aalto? Alla edellinen animaatio ε = ε 0

Poyntingin vektorista Tämän kaavan johdimme kaksi viikko sitten (harjoitustehtävä 3): S 1 ~ ~ t E H Kompleksisen Poyntingin vektorin reaaliosa kuvaa energiavirtauksen aikakeskiarvoa Entäs sen imaginaariosa, mikä on fysikaalinen merkitys/analogia?

Kohtisuora heijastus ja läpäisy Alue 1 ε = ε 0 Alue ε = 4 ε 0 Millaiset aallot eri alueissa? Millaiset Poynting vektorit eri alueissa? Miten sähkökenttä käyttäytyy rajapinnalla? Alla esitehtävän animaatio ε = ε 0

Kohtisuora heijastus ja läpäisy Alue 1 ε = ε 0 Alue ε = 4 ε 0 Alue : puhtaasti etenevä aalto Alue 1: etenevä ja heijastuva aalto = osittainen seisova aalto Rajapinnalla sähkökenttä jatkuva Alla esitehtävä ε = ε 0

Kohtisuora heijastus ja läpäisy Sähkökentän heijastuskerroin: Alue 1 analoginen siirtojohdon jännitteen heijastuskertoimelle ε = ε 0 Alue ε = 4 εγ 0 E 1 E 1 1 1 Sähkökentän läpäisykerroin analoginen siirtojohdon jännitteen läpäisykertoimelle 1 Γ E E 1 1 ε = ε 0 Energian säilyminen: rajapinnan läpäisevä teho P + = saapuva teho P 1+ heijastunut teho P 1 - heijastunu t teho- osa läpäissyt teho- osa 1 Γ Γ

Keskustelua: Stealth -hävittäjä Mitä temppuja häivehävittäjässä voidaan tehdä tutkaheijastuksen pienentämiseksi? (Mietitään tällä kurssilla saatuja tietoja ) F- Raptor (lähde: Wikipedia) F/A-18 Hornet (lähde: www.flickriver.com)

Vino heijastus ja läpäisy Miksi aalto taittuu? Kummassa alueessa on suurempi suhteellinen permittiivisyys? Alue 1 ε = ε 0 Alue ε =?

Vino heijastus ja läpäisy rantavahti Sinun pitäisi päästä mahdollisimman nopeasti pisteestä A pisteeseen B. Miten valitsisit reittisi? Miten kilpikonna (hyvä uimari!) valitsisi reittinsä?

Vino heijastus ja läpäisy rantavahti n n 1 i t etenee hitaasti vedessä Taitekerroin: valon nopeus nopeus väliainee ssa c c 0 naine Snellin laki: n sinθ n sinθ 1 i t

Vino heijastus ja läpäisy rantavahti n t n 1 i Taitekerroin: valon nopeus nopeus väliainee ssa etenee hitaasti maalla c c 0 naine Snellin laki: n sinθ n sinθ 1 i t

Vino heijastus ja läpäisy (YP) Minkä suuntainen sähkökenttä on tässä? (x, y, z vai yhdistelmä?) Miten sähkökenttä käyttäytyy rajapinnalla? x Alue 1 ε = ε 0 Alue ε = 4ε 0 y (kohti) z

Vino heijastus ja läpäisy (YP) Vain sähkökentän x-komponentti Vain sähkökentän z-komponentti Miten eri polarisaatiot läpäisevät rajapinnan? x y (kohti) z

Vino heijastus ja läpäisy (KP) Minkä suuntainen sähkökenttä on tässä? (x, y, z vai yhdistelmä?) Miten sähkökenttä käyttäytyy rajapinnalla? x Alue 1 ε = ε 0 Alue ε = 4 ε 0 y (kohti) z

Vino heijastus ja läpäisy - KP Pinnan normaali (kohti) Alue 1, n 1 Alue, n E ~ i k r r i k i H ~ r E ~ r x t y (kohti) (kohti) E ~ t H ~ t k t z Tulotaso = pinnan normaalin (-z) ja etenemissuunnan (k i ) määrittämä taso (tässä xztaso) KP = kohtisuora (perpendicular) polarisaatio sähkökenttä (y) kohtisuorassa tulotasoon (xz-taso) nähden H ~ i Vain tangentiaaliset kentät jatkuvia rajapinnalla! i sanasta incident r sanasta reflected t sanasta transmitted

Vino heijastus ja läpäisy - YP Pinnan normaali E ~ i Alue 1, n 1 Alue, n k r r i k i E ~ r H ~ r x H ~ t y (kohti) E ~ t t k t z Tulotaso = pinnan normaalin (-z) ja etenemissuunnan (k i ) määrittämä taso (tässä xztaso) YP = yhdensuuntainen (parallel) polarisaatio sähkökenttä tulotasossa (xytaso) H ~ i (kohti) Vain tangentiaaliset kentät jatkuvia rajapinnalla! i sanasta incident r sanasta reflected t sanasta transmitted

Vino heijastus ja läpäisy KP-sähkökentän heijastuskerroin: Alue 1 ε = ε 0 Γ KP E E tan r tan i cos i 1cos t cos cos i 1 t YP-sähkökentän heijastuskerroin: Γ YP E E tan r tan i cos t 1cos i cos cos t 1 i i sanasta incident r sanasta reflected t sanasta transmitted Huom! Jos θ i = 0 θ t = 0, tulee samat kaavat kuin kohtisuorassa heijastuksessa

Keskustelua heijastuneen aallon polarisaatio Ympyräpolarisoitu aalto saapuu vinosti dielektrisen aineen rajapintaan. Tulokulmasta ja aineen sähköisistä ominaisuuksista riippuen, millainen voi olla heijastuneen aallon polarisaatio? tan Er cos i 1cos t ΓKP E tan cos cos i i 1 t Γ YP E E tan r tan i cos t 1cos i cos cos t 1 i Γ Γ Γ KP KP KP Γ Γ YP YP 0 tai Γ YP 0