стыка, а только скрепленных в ряде точек по длине для обеспечения механической прочности и жесткости конструкции.

Структура полей некоторых типов волн в круглых волноводах. На рис. 7 показано, как меняется картина полей волн Ню и Ец в прямоугольном волноводе при переходе сначала к овальному, а зате.м к кругло.му сечениям. Полям волн Ню и Еп прямоугольного волновода соответствуют конфигурации полей волн Нц и Eoi

таг

jk !ь

Рис. 7. Изменение картины полей волн Н,о и Ец. в волноводе при трансформации формы поперечного сечения.

У'

-.--- е в--

Рис. 8. Картины поля волны Hoi в круглом волноводе. / - направление кольцевых токов в стенках волновода.

в круглом волноводе. Волна Нц для круглого волновода является основным типом волны. Можно заметить, что электромагнитное поле волны типа Eoi имеет осевую симметрию. Как и для любой другой волны типа Е токи в стенках те.ут только в продольном направлении. Обрати.м вни.манне, что индексы типов волн, похожих по структуре, в прямоу ольио.м и круглом волноводах существенно отличаются друг от друга, причем простой закономерности перехода от индексов волн в прямоугольном волноводе к индексам волн

круглом здесь нет. Так, волна Ню в прямоугольном волноводе похожа по структуре поля на волну Нц в круглом волноводе, а волна Ец в прямоугольном волноводе похожа на волну Eoi в круглом.

Для практического использования круглых волноводов большое значение имеет волна типа Hoi, картина поля которой представлена иа рис. 8. Электрические силовые линии у этой волны являются кон-цеитрическими окружностями, расположенными в плоскости поперечного сечения волновода. Магнитные силовые линяя в виде петель вытянуты вдоль волновода и расположены в плоскости, проходящих через ось волновода. Отличительной особенностью этой волны является наличие только кольцевых токов в стенках волновода. Это свойство, как будет показано ниже, является очень ценным, так как при увеличении частоты сигнала яотери энергии этой волны уменьшаются. Для всех других волн (кроме волн типа Ноэт) потери энергии значительно увеличиваются с ростом частоты.

Поле волны Hoi, как и волны Eoi, обладает осевой симметрией, что позволяет применять волноводы с этими волнами во вращающихся соединениях, когда нужно, например, соединить неподвижный Болноводный тракт с вращающейся антенной.

ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ЕОЛН В ВОЛНОВОДАХ

Длина волны в волноводе. Фазовая и групповая скорости.

Длина волны в волноводах значительно отличается от длины волны в .свободном пространстве. На рис. 9 показано среднее сечение прямоугольного волновода. Рассмотрим, как и в случае рис. 3, плоскую ТЕМ-вол у, падающую под углом а на боковую (узкую) стен-

ZTZZZZl

Рис. 9. к определению фазовой и групповой скоростей в волноводе.

ку волновода. Фронт такой волны есть плоскость, перпендикулярная вектору скорости распространения волны, величина которого равна скорости света с. Фронт волны пересекает плоскость чертежа по пунктирной линии AAi. Отраженную от боковой стенки волну рассматривать не будем.

В любой точке фронта плоской волны фаза электрического и фаза магнитного полей имеют одно и то же значение. Пусть через промежуток времени t фронт плоской волны переместится в направ-

Ленйй Befctopa с й займёт положение БЁг. Нетрудно видеть, что вдоль оси волновода учаси^и фронта волны с постоянной фазой прошли путь BBi, больший, чем в направлении распространения волны ВВ. Другими словами, фазовая скорость волны вдоль оси волновода Уф больше с. Чему же она .равна?

Путь BBi равен Vфt, а путь BB = ct. Из прямоугольного треугольника BBBi найдем: BBi=BB/sina, т. е. vt=ctlsma или V ф=с1 sm а.

Б линиях передачи, в том числе и в волноводах, групповая скорость Угр равна скорости .перемещения вдоль оси волновода высокочастотной энергии, связанной с волной. За то же время t, что и в предыдущем случае, энергия вдоль оси волновода переместится на расстояние ВГ, меньшее ВВ. Из прямоугольного треугольника БВГ найдем: ВГ=ВБ sin а, т. е. Vrj/tct sina .или t;rp = csina.

Важно подчеркнуть,-что если фазовая скорость волн в волноводе всегда больше скорости света с, то групповая скорость всегда меньше ее.

С уменьшением угла падения а значение фазовой скорости увеличивается. В пределе, когда ТЕМ-волна падает перпендикулярно на боковую стенку волновода (а=0), фазовая скорость равна бесконечности. С другой стороны, чем меньше угол а, тем меньше групповая скорость, и при а, стремящемся к нулю, Угр также стремится к нулю.

Так как длина волны в волноводе Хв равна VфT, где Г=1/7 (f -частота электромагнитных колебаний), а длина волны в свободном пространстве Х=сТ, то длина волны в волноводе всегда больше .длины волиы в свободном пространстве. Везде на рисунках, изображающих картины поля, указывалась именно величина Я-в. Эту волну можно измерить экспериментально с помощью измерительной линии в режиме стоячих волн: расстояние между соседними минимумами или максимумами поля равно Хв/2.

Необходимо также от*1етить, что между Уф, Угр и с существует простая зависимость:

УфУгр = С2-

Критическая длина волны. Рассмотрим понятие критической длины волны на примере волны Ню прямоугольного волновода. По мере увеличения длины волны угол паде.ния плоской волны а уменьшается. При этом громовая скорость падает. Когда а=0, размер а волновода точно равен Я-/2. При этом передачи энергии вдоль волновода не будет. Таким образом, для волны Ню критическая длина волны равна 2а. Электромагнитная волна по волноводу будет распространяться только в том случае, если ее длина меньше критической, или, что то же самое, частота электромагнитных колебаний больше критической. Если же длина волны больше критической, а частота соответственно меньше, то говорят, что волновод работает в режиме отсечки и является запредельным волноводом. При этом поле в волноводе быстро ослабевает.

Таким образом, критической длиной волны называется такая длина волны, измеренная в свободном пространстве, а яе в волноводе, при которой прекращается распространение волны данного типа по волноводу.

Наличие критической частоты превращает волноводы в своеобразные фильтры верхних частот, не пропускающих волны с частотами, меньшими критической.