ZADANIE 1

Fala pada prostopadle z próżni (długość fali λ ) do ośrodka o o

względnej przenikalności elektrycznej ε w4 = 16 przez dwie ćwierćfalowe warstwy pośredniczące o względnych przenikalnościach elektrycznych ε w2, ε w3, 1 < ε w2 < ε w3 < 16.

Wiedząc, że ε

oraz grubość tej warstwy

w3 = 8, dobrać ε w2

d 2

tak, aby w próżni nie było fali odbitej.

Narysować względny rozkład amplitud fal E( z) i H( z).

ośrodek 1

ośrodek 2

ośrodek 3

ośrodek 4

ε =1

ε = ?

1

w

w 2

ε = 8

ε =16

w 3

w 4

z

– d

– d

0

23=– d 2– d 3

3

K 06

1

ZADANIE 1 (2)

• Fala rozchodzi się w kierunku +0z

• Struktura: ośrodek 1: próżnia dla z < - d przy czym 23

d 23 = d 2 + d 3

ośrodek 2: dielektryk o εw2 dla - d 23 < z < - d 3

ośrodek 3: dielektryk o εw3 dla - d 3 < z < 0

ośrodek 4: dielektryk o εw4 dla z > 0

• Dane:2π

λ

λ

π

2

0

λ =

0

Γ = Γ (− d ) = 0

d =

=

=

2

we

1

23

β

4

4 ε

2 ε β

0

w 2

w 2

0

λ

λ

λ

π

ε = 8

3

0

0

d =

=

=

=

w 3

3

4

4 ε

8 2

4 2β

w 3

0

ε =16

w 4

• Obliczyć: ε

= ?

d = ?

w 2

2

Współczynniki fazy w ośrodkach:

β = β

β = ε β

β = ε β =

β

β = ε β = 4β

1

0

2 2

2

w 2

0

w 3

w 3

0

0

4

w 4

0

0

K 06

2

1

ZADANIE 1 (3)

Impedancje właściwe ośrodków:

Z

Z

Z

Z

Z

Z = Z

0

Z =

0

0

Z =

=

0

0

Z =

=

1

0

2

ε

3

ε

2 2

4

ε

4

w 2

w 3

w 4

Impedancja widziana w z = – d :

=

−

3

Z

Z ( d )

we 3

3

3

2

Z

Z + jZ tg(β d ) 0

4

3

3 3

Z

= Z

2

Z

8

Z

we 3

3 Z + jZ tg(β d ) 3

0

Z

=

=

=

we 3

3

4

3 3

π

π

Z

Z 0

2

β

4

d = 4 2β

=

3 3

0

4

4 2β

2

0

Impedancja widziana w z = – d :

=

−

23

Z

Z ( d )

we 2

2

23

2

Z 0

Z

+ jZ tg(β d )

2

we 3

2

2 2

Z

= Z

Z

ε

2 Z

2

w 2

0

we 2

2

=

=

=

Z + jZ tg(β d ) Zwe 2

2

we 3

2 2

Z

Z

ε

we 3

0

w 2

π

2

β d =

2 2

2

K 06

3

ZADANIE 1 (4)

W ośrodku 1dla z = – d : 23

Z − Z

we

0

Γ = Γ (− d ) =

= 0

⇒ Z = Z

= Z

⇒ ε = 2

we

1

23

Z + Z

we

we 2

0

w 2

we

0

λ

λ

λ

Grubość ośrodka 2 ( d

2

d =

=

=

2):

0

0

2

4

4 ε

4 2

w 2

Współczynnik odbicia w ośrodku 3 dla z = 0: Z

Z

0

0

−

Z − Z

4

2 2

2 − 2

4

3

Γ = Γ (0) =

=

=

= 3

− + 2 2 = −0.172

34

3

Z + Z

Z

Z

0

0

+

4

3

2 2

+

4

2 2

Współczynnik fali stojącej w ośrodku 3: 1

2

2

34

ρ

+ Γ

−

=

=

= 2 = 1.414

3

1− Γ

− +

34

1

2

K 06

4

2

ZADANIE 1 (5)

Współczynnik odbicia w ośrodku 3 dla z = – d : 3

− j 2β

− π

3 d 3

Γ (− )

j

d = Γ e

= Γ e

= −Γ = 3− 2 2 = 0.172

3

3

34

34

34

Współczynnik odbicia w ośrodku 2 dla z = – d : 3

Z

Z

0

0

−

Z

− Z

−

we

2

2

2 2

3

2

Γ = Γ (− d ) =

=

=

= −3+ 2 2 = −0.172

23

2

3

Z

+ Z

Z

Z

0

0

+

we 3

2

2 2

+

2

2

Współczynnik fali stojącej w ośrodku 2: 1+ Γ

2 − 2

23

ρ =

=

= 2 = 1.414

2

1− Γ

− +

23

1

2

Współczynnik odbicia w ośrodku 2 dla z = – d : 23

− j 2β

− π

2 d 2

Γ (−

)

j

d

= Γ e

= Γ e

= 3− 2 2 = 0.172

2

23

23

23

K 06

5

ZADANIE 1 (6)

W ośrodków 4 dla z = 0:

E+ (0) = E

4

0

E (0)

Na granicy ośrodków 3 i 4 ( z = 0): E (0) = E

3

3

0

= 1

E 0

W ośrodku 3 dla z = 0 :

E (0) E+ (0) E− (0) E+ (0) E+ (0) E+

=

+

=

+ Γ

=

(0) 1+ Γ

= E

3

3

3

3

34

3

3

(

34 )

0

+

1

E (0) =

E

−

Γ34

E (0) =

E

3

0

1+ Γ

3

0

1+ Γ

34

34

W ośrodku 3 dla z = – d : 3

π

j

+

+

− jβ −

+

3 ( d

E

3 )

2

0

E (− d ) = E (0) e

= E (0) e = j 3

3

3

3

1+ Γ34

−

+

−Γ34

E (− d ) = Γ (− d ) E (− d ) = j E

3

3

3

3

3

3

0

1+ Γ34

+

−

1− Γ34

E (− d ) = E (− d ) + E (− d ) = j E

E (− d )

1− Γ

3

3

34

3

3

3

3

3

3

0

=

= 2

1+ Γ34

E

1+ Γ

0

34

K 06

6

3

ZADANIE 1 (8)

1− Γ

Na granicy ośrodków 2 i 3 ( z = – d ): 34

−

=

−

=

3

E ( d ) E ( d ) j

E

2

3

3

3

0

1+ Γ

W ośrodku 2 dla z = – d : 34

3

E ( d ) E+ ( d ) E− ( d ) E+

−

=

−

+

−

=

(− d ) 1+ Γ

2

3

2

3

2

3

2

3 (

23 )

+

1

1

1− Γ34

E (− d ) =

E (− d ) = j

E

2

3

2

3

0

1+ Γ

1+ Γ 1+ Γ

23

23

34

−

Γ

Γ

1− Γ

23

23

34

E (− d ) =

E (− d ) = j

E

2

3

2

3

0

1+ Γ

1+ Γ 1+ Γ

23

23

34

W ośrodku 2 dla z = – d : 23

π

j

+

+

−

− Γ

jβ − d

+

1

1

2 (

2 )

2

34

E (− d ) = E (− d ) e

= E (− d ) e = −

E

2

23

2

3

2

3

0

1+ Γ 1+ Γ

23

34

E− ( d )

( d ) E+ ( d ) E+

−

= Γ −

−

= −Γ

(− d )

2

23

3

23

3

23

23

3

23

+

−

1− Γ 1− Γ

23

34

E (− d ) = E (− d ) + E (− d ) = −

E

2

23

2

23

2

23

0

1+ Γ 1+ Γ

23

34

E (− d )

1− Γ 1− Γ

2

23

23

34

=

= 2

E

1+ Γ 1+ Γ

K 06

0

23

34

7

ZADANIE 1 (9)

Na granicy ośrodków 1 i 2 ( z = – d ): 23

1− Γ 1− Γ

23

34

E (− d ) = E (− d ) = −

E

1

23

2

23

0

1+ Γ 1+ Γ

23

34

W ośrodku 1 dla z = – d :

+ −

=

−

3

E ( d ) E ( d ) 1

23

1

23

Normalizacja pola elektrycznego względem E+ (− d ): 1

23

E (− d )

E (− d )

1

23

2

23

=

= 1

E+ (− d )

E+ (− d )

1

23

1

23

E (− d )

E (− d )

1+ Γ

1

2

3

3

3

23

=

=

=

E+ (− d )

E+ (− d )

1− Γ

2

1

23

1

23

23

E (0)

E (0)

1+ Γ 1+ Γ

1

3

4

34

23

=

=

=

E+ (− d )

E+ (− d )

1− Γ 1− Γ

2

1

23

1

23

34

23

K 06

8

4

ZADANIE 1 (10)

ε =1

ε = 2 ε = 8 ε =16

1

w

w 2

w 3

w 4

f = 3 GHz

1

2

3

4

1

0.8

0.6

0.4

)| 3 0.2

-d 2

(-d

0

10

|E -0.2

E/ -0.4

-0.6

-0.8

-1

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

z [mm]

K 06

9

5