Главная  Коаксиальные и полосковые линии (СВЧ) 

1 2 3 [ 4 ] 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37

Какой тип вол-ны будет существовать в том или инОгМ волноводе зависит от многих причин: от формы поперечного сечения волновода и его размеров, рабочей длины волны и способа возбужде-,ния волн в волноводе.

Структура полей некоторых типов воли в прямоугольном волноводе. Картина электрического и магнитного полей в какой-то момент времени для волны Ню приведена на рис. 6. Здесь же показаны и токи, текущие по внутренней поверхности стенок волновода. Магнитные силовые линии изображены штриховыми, .а электрические - сплошными линиями. Чем гуще рааположены силовые линии, тем


Е,Н попер ippod


Рис. 5. Структура поля волны Ню в волноводе прямоугольного сечения.

а - в поперечном сечении волновода; б - вдоль продольной оси волновода; е - тартина линий поверхностных токов на внутренних стенках волновода (й - размер широкой стенки; 6 - размер узкой стенки волновода).

больше напряженность поля в данной точке внутренней полости волновода. Такой, хотя и грубый способ изображения величин полей дает возможность выяснить их осиовные свойства и особенности. Так, например, по картине силовых линий электрического поля можно установить, что напряженность электрического поля равна нулю у боковых (узких) стенок и максимальна в средней части волновода вблизи середины широких стенок. В поперечном сечении, таким образом, укладывается один пространственный полупериод электрического поля вдоль широкой стенки, а вдоль узкой стенки электрическое поле не меняется.

Для магнитного поля получается более сложная картина, так как имеются поперечная и продольная составляющие вектора напряженности магнитного поля. Распределение интенсивности поперечной составляющей вектора напряженности магнитного поля совпадает с распределением интенсивности напряженности электрического поля вдоль широкой и узкой стенок волновода. Продольная составляющая



вектора напряженности магнитного поля, наоборот, равна нулю Б средней части и максимальна у узких стенок волновода (рис. 5,а).

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 равно .нулю. Закон распределения амплитуд электрического поля вдоль оси волновода совпадает с изменением поперечной составляющей магнитного поля (рис. 5,6).

Следует еще раз подчеркнуть, что изображенная на .ряс. 5 картина силовых линий бегущей по волноводу волиы 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: T=lff. Если рассматривать эту картину силовых линий во времени, то она будет перемещаться вдоль волновода с фазовой скоростью Юф, совпадающей по направлению с групповой скоростью Угр, т. е. со средней скоростью перемещения 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.

Электромагнитная 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), Б волноводе будет существовать режим бегущей волны. Этот режим является наиболее желательным при передаче энергии по волноводу. Именно для этого режима рассматривалась вьше картина элегсгро-магнитного поля в волноводе.

При частичном отражении от нагрузки к. п. д. линии передачи уменьшается, так как не вся поступающая в волновод энергия используется в нагрузке. Кроме того, при образовании стоячей волны в отдельных участках волновода, отстоящих друг от друга на Я-В./2, образуются пучности тока и напряженности электрического поля, т. е. возрастает плотность тока при той же мощности генератора, что Приводит к увеличению тепловых потерь энергии, а в случае передачи предельно больших мощностей для данного типа колновода возможен пробой в местах максимумов электрического поля.

Токи в стенках волновода всегда направлены перпендикулярно магнитным силовым линиям в данной точке, а их плотность Ч1исленн0 равна напряженности магнитного по.тя в той же точке. Так как в волне типа Ню вектор щапряженности магнитного поля имеет продольную и поперечную составляющие, то в поверхностном слое широкой стенки токи также имеют продольные и поперечные составляющие, причем максимальное значение продольного тока наблюдается в середине широкой стенки, а максимальное значение поперечного тока - у ее краев. По узкой стенке протекают только поперечные токи, и их значения определяются максимальным значением продольного магнитного поля. В центре широкой стенки, в тех местах, где электрическое поле меняет свое направление (вблизи плоскОСтей типа АБ на рнс. 5,е), линии тока как бы обрываются (рис. 5,е). Но это кажущийся разрыв; замкнутость линий.тока обеспечивается за счет токов смещения, ПОДОбНО ТОМу ]Ш это прОИСйО'

дит в цепи С коренсатором;

И



Распределение токов в волноводах необходимо знать для правильного их конструирования и применения. Так, для волны Ню нужно обеспечить хороший контакт в углах волновода, где текут поперечные токи. В середине же широкой стенки можно сделать узкую продольную щель. Ола не нарушит работы волиовода, так как параллельна продольным токам, а поперечные токи равны нулю; излучение высокочастотной энергии через нее будет отсутствовать.

Волна Ню в волноводе прямоугольного сечения имеет самую простую структуру поля и представляет собой основной тип волны. Все другие типы волн называются высшими.

-в в в ©

-++++ +

+ +++ +

Свое* ++++ +

\ I /

+ 4-- + + +T1+ 4- 4- +

+ + 4- +>. / + +1+ + \


Рис. 6. Структуры полей волн Нго, Нц и Еи в волноводе прямоугольного сечения.

На рнс. 6 приведены картины полей для волн типа Нго, Ни и Ец. Для волны Нго вдоль широкой стенки имеются два максимума интенсивности полей. Это по сути дела картина поля волны типа Ню, повторенная дважды со сдвигом фаз в соседних ячейках поля на 180°. Для волны Нц поля изменяются и вдоль узкой стенки, так что в поперечном сечении волновода электрическое поле имеет сложную структуру. Конфигурация поля волны Ец относительно простая. Магнитные силовые линии расположены в поперечной плоскости и представляют собой замкнутые кривые, а электрическое поле имеет максимальную продольную составляющую на оси волновода. Это простейшая волна типа Е. В прямоугольном волноводе волны типа Ею и Ео1 не могут существовать, так как магнитное поле таких волн должно было бы быть .направлено перпендикулярно стенкам волновода, что, как уже указывалось, невозможно.

В случае Е-волн в стенках волновода могут течь только продольные токи. Следовательно, нет необходимости обеспечивать хороший контакт в углах волновода. Последний в этом случае может быть изготовлен из четырех металлических лент, не спаянных в месте



1 2 3 [ 4 ] 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37