ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Особенности распространения электромагнитных волн в волноводах из "Волноводы коаксиальные и полосковые линии " Распространение электромагнитных волн, классификация типов волн. Поперечная электромагнитная волна в волноводе распространяться не может. В полом волноводе нет внутреннего проводника, и замкнутые магнитные силовые линии, лежащие в плоскости поперечного сечения волновода, должны охватывать продольное электрическое поле. Но в. поперечной волне нет продольного электрического поля. Если же электрическое поле поперечно, то оно должно охватываться силовыми линиями магнитного поля, расположенными в продольной плоскости. Однако в поперечной электромагнитной волне ТЕМ должна отсутствовать продольная составляющая магнитного поля. Поэтому в волноводах распространяются другие типы волн, имеющие отличную от -волны ТЕМ структуру электрического и магнитного полей. [c.9] Типы волн, которые могут распространяться в волноводах, можно разделить на два больших класса. К первому относятся Н-вол-ны ( аш -волны), у которых вектор напряженности магнитного поля Н наряду с поперечными имеет продольную составляющую, а вектор электрического поля расположен полностью в плоскости поперечного сечения волновода, т. е. имеет только поперечные составляющие. Поэтому Н-волны называют еще поперечно-электрическими обозначают ТЕ-волны. Другой класс волн составляю Е-волны. У этих волн только вектор В имеет продольную составляющую, а вектор Н полностью расположен в плоскости поперечного сечения волновода. Другое название Е-волн — поперечные магнитные волны, которые обозначаются как ТМ-волны. [c.9] Любой тип волны в прямоугольном волноводе может быть представлен в виде комбинации четырех, а в простейшем случае — двух ТЕМ-ВОЛН, каждая из которых распространяется под некоторым углом а к продольной оси волновода, попеременно отражаясь от противоположных его стенок. [c.9] Рассмотрим сначала, что происходят с ТЕМ-волной при отражении ее от металлической плоскости, т. е. от какой-либо, одной стенки волновода. Обратимся к рис. 3. где показаны пути распространения двух ТЕМ-волн падающей на плоскость и отражэнной от нее. Это поможет объяснить распространение в волноводе наиболее широко используемой на практике волны типа Н. Плоскость, изображенная на рис. 3. будет правой боковой стеш ой волновода, если волна распространяется ло нему слева направо, и мы смотрим вдоль этого направления. [c.9] Векторы Н и V расположены в плоскости рисунка, а вектор Е перпендикулярен ей. При таком расположении вектор напряженности электрического поля Е перпеидикулярен плоскости рисунка. Вектор Н имеет как продольную составляющую Н1, так и поперечную Н2. [c.9] Что же происходит прй бтраЖении ТЕМ-волны от металлической плоскости при наклонном падении на нее Для ясности векторы падающей и отраженной волн в точке отражения О изображены на ряс. 3 на некотором удалении от нее. [c.10] Подобными рассуждениями можно показать, что вектор напряженности магнитиого поля на границе идеального проводника не должен иметь нормальной (т. е. перпендикулярной) к металлу составляющей. Другими словами, у поверхности идеального проводника вектор напряженности магнитного поля параллелен ей. Это — второе граничное условие. [c.10] Электрическое и магнитное поля в любой точке над поверхностью идеального проводника будут определяться как падающей, так отраженной волнами, достигшими этой точки. В результате при сложении этих двух волн в разных точках плоскости рисунка получается различная величина электрического и магнитного полей (рис. 4). Напряженность электрического поля при удалении от поверхности отражения постепенно увеличивается, пока не достигнет своего максимального значения, лотом снова уменьшается до нуля, меняет направление, снова увеличивается до максимума и т. д. [c.11] Магнитные силовые линии образуют замкнутые кривые. Перпендикулярная поверхности раздела сред составляющая вектора наттря-женности магнитного поля максимальна там, где достигает максимума 51 электрическое поле. Продольная составляющая вектора напряженности магнитного поля достигает максимальной величины в тех точках, где электрическое поле равно нулю. [c.11] Следует обратить внимание на то. что рассмотренная выше кар- тина полей соответствует фиксированному моменту времени. Если рассматривать изменение электромагнитного поля ъо времени, то изображенная на рнс. 4 картина силовых линий будет перемещаться слева. направо со скоростью, равной так называемой фазовой скорости Оф, которая, как увидим ниже, равна с/вт а. [c.11] при ориентировке электрического и магнитного полей плоской волны, как показано на рис. 3, в волноводе образовалась волна типа Н(ТЕ), как результат сложения плоских волн, распростра-ИЯЮШ.ИХСЯ под углом а к боковым стенкам волновода и миогократно от них отражающихся. [c.12] Аналогичное рассмотрение. можно привести и для другого случая, когда вектор напряженности электрического поля расположен в плоскости падения ТЕМ-волны на отражающую поверхность, а вектор напряженности. магнитного. поля перпендикуляре.н ей (на рис. 3 для этого случая векторы Е и Н надо поменять местами, а направление вектора Н изменить на обратное при этом направление векторов Упад и VoTp не изменится). Сложение падающей и отраженной волн приводит здесь к появлению волны типа Е(ТМ), распространяющейся вдоль поверхности отражения. [c.12] Иными словами, вдоль широкой стенки волновода может быть расположено любое число ячеек поля. То же самое. можно в общем случае сказать и об узкой стенке волновода. Поэтому для классификации волн у буквы, обозначающей тип волны, ставится двойной цифровой индекс Нтп или Emn). Эти цифры указывают количество пространственных полупериодов поля, располагающихся вдоль широкой (т) и узкой (п) стенок волновода. Например, простейшая магнитная волна обозначается символом Ню или ТЕю. В такой волне вдоль широкой стенки телновода расположена одна ячейка поля, т. е. электрическое поле в поперечном сечении имеет один максимум. В направлении, параллельном узкой стенке, т. е. вдоль узкой стенки, -иначе говоря, по высоте волновода, поле не меняется. [c.12] В волн01воде круглого сечения также. могут распространяться волны различных типов. Как и в прямоугольном волноводе их обозначают с помощью символов Е и Н и индексов, состоящих из двух целых чисел п и г. Здесь п указывает яа число периодов -изменения интенсивности полей вдоль окружности, а i — на число максимумов поля на длине радиуса волновода (а не его диаметра). Для некоторых типов, воля в круглом волноводе вдоль радиуса может укладываться нецелое число пространственных полупериодов поля. В этом случае для определения значения индекса i производят округление до ближайшего целого числа в сторону увеличения. [c.12] Какой тип волаы будет существовать в том или инОгМ волноводе зависит от -МНОГИХ причин от формы поперечного сечения волновода и его -размеров,. рабочей длины волны и способа возбуждения волн в -волноводе. [c.13] Вдоль оси волновода продольная и поперечная составляющие вектора напряженности магнитного поля сдвинуты относительно друг друга на четверть длины волны в волноводе амплитуда продольного магнитного поля максимальна там, где поперечное электрическое поле рав НО. нулю. Закоя распределения амплитуд электрического поля вдоль оси волновода совпадает с изменением поперечной составляющей магнитного поля (рис. 5,6). [c.14] Следует еще раз подчеркнуть, что изображенная на. ряс. 5 картина силовых линий бегущей по волноводу волны Ню, справедлива для некоторого фиксированного момента времени (а также для всех последующих моментов, отличающихся от этого иа целое число периодов высокочастотных колебаний Т). Напомним, что период обратно пропорционален частоте f Т= Ц. Если рассматривать эту картину силовых линий во времени, то она будет перемещаться вдоль волновода с фазовой скоростью Уф. совпадающей по направлению с групповой скоростью Угр, т. е. со средней скоростью пере.мещения высокочастотной энергии по волноводу. Нетрудно сообразить, что через половину периода Т картина силовых линий на рис. 5 повторится, только направление силовых линий Е и Н (направление стрелок) поменяется на обратное. [c.14] Электромагн итная волна в волноводе распространяется вдоль его оси. Если на конце волновода вся высокочастотная энергия, переносимая волной, поглощается в нагрузке, то, как и (в обычных длинных линиях (открытой двухпроводной или коаксиальной), В волноводе будет существовать режим бегущей волны. Этот режим является наиболее желательным при передаче энергии по волноводу. Именно для этого режима рассматривалась выше картина электромагнитного поля в волноводе. [c.14] Вернуться к основной статье