lctromgntics II 전자기학 제 1 장 : 전자파의전파 1 Prof. Young Chul L 초고주파시스템집적연구실 Avnc RF Sstm Intgrtion ARSI Lb http://cms.mmu.c.r/wiuniv/usr/rfsil/ Avnc RF Sstm Intgrtion ARSI Lb. Young Chul L 1
제 1 장 : 전자파의전파 1.1 서론 1. 시간조화전자계 1.3 무손실매질에서평면파전파 1.4 편파 1.5 손실매질에서평면파전파 1.6 양도체에서전류흐름 1.7 전자기전력밀도 Avnc RF Sstm Intgrtion ARSI Lb. Young Chul L
1.1 서론 파 wv : 에너지또는정보를전송하는수단 전자파의대표적인예 : 라디오파, TV 신호, 레이져빔, 그리고빛 전자파가가지고있는기본적인세가지특성 1 모두빠른속도로진행함. 진행중에파동의성질을유지함. 3 어떠한물리적인운반없이도원천에서바깥으로복사 rition 함. 목표 : Mwll 방정식을풀고, 다음의매질에서전자파의운동을유도 1. 자유공간 : σ, ε ε o, μ μ o. 무손실유전체 : σ, ε ε r ε o, μ μ r μ o, 또는 σ << ωε 3. 손실유전체 : σ, ε ε r ε o, μ μ r μ o 4. 양도체 : σ, ε ε o, μ μ r μ o, 또는 σ >> ωε Avnc RF Sstm Intgrtion ARSI Lb. Young Chul L 3
파 Wv 파의공통적인성질 1. 움직이는파는한점에서다른점으로에너지를운반함.. 파는속도를지님. 3. 특정파는선형적인성질을가짐 파의차원 1. 1 차원파. 차원파 3. 3 차원파 Avnc RF Sstm Intgrtion ARSI Lb. Young Chul L 4
1 차원파동 Wv Avnc RF Sstm Intgrtion ARSI Lb. Young Chul L 5
차원파동 Wv Avnc RF Sstm Intgrtion ARSI Lb. Young Chul L 6
3 차원파동 Wv Avnc RF Sstm Intgrtion ARSI Lb. Young Chul L 7
일반적인파 1 차원스칼라파동방정식 시정현함수 A : 파의진폭, 와같은단위 ωt β : 파의위상, 단위는 rin, 위상은시간과공간변수 t, 와 에의존 ω : 각주파수 [r/s] β : 위상상수 [r/m] 방향 방향 Avnc RF Sstm Intgrtion ARSI Lb. Young Chul L 8
t 가상수인경우 파장 가상수인경우 주기 Avnc RF Sstm Intgrtion ARSI Lb. Young Chul L 9
위상속도 파가 방향으로 u 의속도로진행 Avnc RF Sstm Intgrtion ARSI Lb. Young Chul L 1
무한전자기파 전파 시변저자계의상호발생으로전자파발생 도파매질에서의전파 : 전송선로, F33M 통신, 무한매질에서의전파 : 태양으로부터의광파, 안태나에의한무선전송, Avnc RF Sstm Intgrtion ARSI Lb. Young Chul L 11
평면파 Avnc RF Sstm Intgrtion ARSI Lb. Young Chul L 1
Mwll 방정식의페이저형식 1. 시간조화전자계 전자계, D, B, 의원천 : ρ 와 J 는공간좌표,, 와시간 t 의함수,,; t R[,, ρ v Ñ ε Ñ jωm jwt ] Ñ Ñ J jω hr, D, B m Avnc RF Sstm Intgrtion ARSI Lb. Young Chul L 13
복소유전율 J s Ñ c J jω s jω s j ω jωω s j ω Ñ jω c s c j ' ω s ', '' ω j '' [ s, '', c ' ] Avnc RF Sstm Intgrtion ARSI Lb. Young Chul L 14
무전하매질에서파동방정식 ρ v Ñ ω m c Ñ Ñ jωm Ñ Ñ jω c 균일파동방정식 Ñ Ñ g g Ñ Ñ jωm Ñ jω jω Ñ Ñ m c ω m c g ω m c [ 전파정수 ] Ñ Ñ Ñ Ñ Ñ Ñ Ñ 맥스웰방정식은전기장의변화가자기장을생겨나게하고, 이자기장의변화는다시전기장을만들수있다는것을보여주고있다. 따라서그들의원천인전하나전류가없어지더라도하나의변화가다른하나를유발시켜서스스로생명력을가지고공간상을전파하는파동이될수있는가능성이있다. 이에따라맥스웰는자기가새로이구성한네개의방정식을연립시켜전기장이나자기장이만족하는파동방정식을유도할수있었다. Avnc RF Sstm Intgrtion ARSI Lb. Young Chul L 15
rt 의실험 맥스웰이전자기적인원리로전자기파의발생을예견하고 48 세를일기로죽은지 8 년만에헤르츠. rt 에의해인공적인전자기파가만들어져서무선통신의시대를열게되었다. 헤르츠의실험장치 _ 헤르츠가 1987 년전자기파를발생시키고검출한실험장치로서왼쪽은발생장치이고오른쪽은검출장치이다. 발생장치는놋쇠로반든둥근전극을아주가까이두고이것에고전압을걸어서공기중에서방전이일아나게한것이다. 한편이렇게해서만들어진전자기파를고리모양의원형도선에서잡아이결과위쪽의조그만한전극에서작은불꽃의방전이일어나게된다. Avnc RF Sstm Intgrtion ARSI Lb. Young Chul L 16
1.3 무손실매질에서평면파전파 파수 wv numbr 무손실 losslss: 매질이부도체 σ 이면파가매질을진행하며감쇠가되지않음. 위상속도 u p, 파장 λ 등의전자기파의전파특성 : 각속도 ω, 매질의물질상수 ε, μ, σ 에의해결정 g ω m c ω m Ñ Avnc RF Sstm Intgrtion ARSI Lb. Young Chul L 17
Avnc RF Sstm Intgrtion ARSI Lb. Young Chul L 18 균일평면파, ø ö ç ç è æ ø ö ç ç è æ ø ö ç ç è æ ø ö ç ç è æ 균일평면파 : 전계와자계가무한평면의모든점에서균일한특성을가짐. 평면 : 와 는 와 에대해변하지않음. / /
Avnc RF Sstm Intgrtion ARSI Lb. Young Chul L 19 j,,, w 평면파는파의진행방향에대한전계와자계성분이없음을의미. 일반해 j j V V V g g / 방향으로진행하는파 는 방향성분만갖고, 는 방향으로만진행한다가정. 1 1 Ñ j j j j wm wm wm
Avnc RF Sstm Intgrtion ARSI Lb. Young Chul L j j j j h h m m w wm wm h wm wm 고유임피던스 intrinsic impnc TM trnsvrs lctromgntic 파 전계와자계는서로수직이고, 둘다파의진행방향에수직임.
Avnc RF Sstm Intgrtion ARSI Lb. Young Chul L 1 순시전계와자계 ] / [ cos ] R[, ] / [ cos ] R[, m A t t m V t t t j t j f w f w w w f u s m u p p p l m m w w w / 1 위상속도, 파장 p m h h m m m 1 377 1 3 1,. 8» W c u m p
와 사이의일반관계식 1 h h 오른손법칙 오른손의 4 손가락을 에서 방향을따라회전 엄지는파의진행방향 Avnc RF Sstm Intgrtion ARSI Lb. Young Chul L