Лекция №6. Волны высших типов в прямоугольном волноводе. Поверхностные токи. Энергетические характеристики

Построим диаграмму типов волн в прямоугольном волноводе. Из формулы (5.2) следует, что чем больше m и n, тем меньше (из прошлой лекции при этом продольное волновое число h = 0, , а длину волны генератора называют критической) (см. рисунок 6.1).

Рисунок 6.1 – Диаграмма типов волн в прямоугольном волноводе

На диаграмме четко разделены 3 характерные области:

1) область отсечки – -распространяющихся типов волн не существует;

2) одномодовый режим – в пределах этой области распространяется только волнатипа ;

3) область многоволновости –помимо (основной тип) по волноводу могут распространяться волны высших типов (их наличие не обязательно, но возможно – зависит от способа возбуждения и т.д.). Чем выше тип колебания, тем меньше его отличается от предыдущей.

Теоретически волновод работает в одно-волновом режиме в двукратной полосе частот – реально диапазон гораздо уже. При повышается вероятность возбуждения высших типов. При резко возрастают омические потери в стенках волновода (при волны есть и при для волны ).

Практически рекомендуемый диапазон:

1,05а.

Реально волноводы используют в диапазоне 50см – 1мм (в диапазоне 6см – 1мм повсеместно). Весь этот диапазон перекрывают волноводы стандартных сечений, например, 3,6х1,8 мм, 7,2х3,4 мм, 23х10 мм, 72х34 мм, соответственно для 4мм, 8 мм, 3 см, 10 см диапазона длин волн. Их размеры задаются ГОСТом (справочник по волноводной технике). Условное графическое обозначение на схемах (см. рисунок 6.2).

Рисунок 6.2 – Условное графическое обозначение прямоугольного волновода

Волновод предпочтительнее использовать в одномодовом режиме поскольку:

1) поперечные габариты волновода оказываются минимальными;

2) структура поля волны низшего типа устойчива по отношению к введению внутрь волновода каких-либо неоднородностей (возникшие на неоднородности высшие типы – затухнут на расстоянии порядка от неоднородности);

3) необходимость обеспечения эффективной работы оконечных устройств;

4) неравномерность АЧХ волновода в многомодовом режиме (за счет интерференции волн разных типов с различными – вплоть до исчезновения поля на определенных частотах) (см. рисунок 6.3).

Характеристическое сопротивление волновода – отношение модулей поперечных составляющих векторов Е и Н:

. Для всех волн Н-типа:

. (6.1)

Рисунок 6.3 – АЧХ волновода в различных режимах: 1 – одномодовый режим; 2 – многомодовый режим

Рисунок 6.4 – Распределение токов на стенках волновода

Рассмотренной структуре поля волнам типа соответствуют распределения токов на стенках волновода (см. рисунок 6.4). При построении учитываем что:, т.е. семейство линий перпендикулярно силовым линиям магнитного поля. То есть они сдвинуты на 90(). Линии полного тока замкнуты (замыкается через ): .

Связь волновода с окружающим пространством происходит через щели, прорезанные в его стенках. Щель – прямоугольное отверстие, длина которого много больше ширины (см. рисунок 6.5). Если щель перерезает линии поверхностного электрического тока, то ток, протекающий к кромке, будет создавать избыток «+» зарядов. На противоположной кромке «-». Так как направление протекания тока меняется через каждые пол периода, то щель будет работать как излучатель (или наоборот).

Рисунок 6.5 – Щель на стенке волновода

Щель эффективно излучает, если она перерезает линии поверхностного тока. Если щель прорезать наискосок, то получается комбинация продольной и поперечной составляющих электрического поля.

Построим картину поля для волн более высоких типов. Для волн типа картину для следует повторить вдоль оси X (широкая стенка m раз), например, волна (см. рисунок 6.6).

Рисунок 6.6 – Картина поля волны типа

Качественно картинка не изменится, если рассматривать волны типа , только вся структура развернется на 90 градусов.

Дата добавления: 2014-01-05