fadeeva / Лекция 3
.docТема 3.
Двухплоскостной волновод.
T-волна
Для волны продольные компоненты поля отсутствуют, попереченый коэффициент фазы и .
Поле удовлетворяет уравнению Лапласа
(1)
Между магнитным и электрическим полем есть связь
(2)
где - характеристическое сопротивление среды
Компоненты поля волны лежат в поперечной плоскости, взаимно ортогональны, синфазны и пропорциональны по величине:
(3)
(4)
Определяем мнгновенные значения компонент поля:
(5)
(6)
Свойства и параметры волны совпадают со свойствами и парпаметрами плоской волны в пространстве, заполненном средой с теми же параметрами , .
Поля волны имею по одной компоненте. Силовые линии являются прямыми. В картине силовых линий волны меняется лишь их густота при перемещении вдоль оси (рис.4).
Рис.4.
E-волны
Для нахождения волн класса необходимо решить мембранное уравнение:
(7)
Запишем его в следующей форме:
(8)
где второе слагаемое равно нулю, т.к., как было определено выше, картина поля по оси у не меняется. Следовательно:
(9)
Решение этого уравнения:
(10)
Примем во внимание граничные условия:
(11)
При получаем: . При : .
Откуда следует:
(12)
Далее находим поперечным компоненты:
(13)
Второе слагаемое равно 0. Следовательно, получаем:
(14)
Напряженность магнитного поля
(15)
или
(16)
Далее определяем по найденным комплексным амплитудам мгновенные значения компонент поля:
(17)
(18)
(19)
Рис.5.
Легко заметить, что при , коэффициент фазы-вещественное число. В этом случае поле имеет волновой характер.
При обратном соотношении
электромагнитное поле уже не будет иметь волнового характера, так как теперь является величиной мнимой, и множитель определяет лишь экспоненциальный характер убывания амплитуды поля вдоль оси .
Для любого значения и можно найти такую частоту колебаний, при которой коэффициент фазы обращается в нуль. При этом
(20)
Частота колебаний электромагнитного поля, определенная из последнего равенства, имеет название критической частоты и обозначается . Нетрудно видеть, что у каждого типа волны свое значение критической частоты
(21)
Для каждой критической частоты можно рассчитать соответствующую ей критическую длину волны:
(22)
Силовая линия напряженности магнитного поля для волн-прямая линия
H-волны
Для нахождения волн класса необходимо решить мембранное уравнение:
(23)
Запишем его в следующей форме:
(24)
Решение этого уравнения:
(25)
Примем во внимание граничные условия:
(26)
При получаем: . При : .
Откуда следует:
(27)
Далее находим поперечным компоненты:
(28)
Получаем:
(29)
Напряженность электрического поля
(30)
или
(31)
Далее определяем по найденным комплексным амплитудам мнгновенные значения компонент поля:
(32)
(33)
Выражения (31)-(33) волн класса ждя каждого описывают свой тип волны . Картина силовых линий поля волныприведена на рис.6.
Рис.6.