7. Содержание отчета

В отчете должны быть приведены:

1. Результаты предварительных расчетов (см. п. 3).

2. Таблицы и графики зависимостей электрического поля в поперечном сечении от угла для волн типа Е₀₁ и Н₁₁.

3. Измеренные значения длин волн типа Е₀₁ и Н₁₁.

4. Значения КСВ в тракте для волн типа Е₀₁ и Н₁₁.

5. Выводы по работе, объясняющие возможные расхождения расчет­ных и экспериментальных результатов.

8. Контрольные вопросы

1. Какие типы волн, и при каких условиях могут распространять­ся по круглому волноводу?

2. Объясните смысл индексов m и n для волн типа Н₁₁ и Е₀₁ в круглом волноводе.

3. Изобразите структуру поля волн Н₁₁ и Е₀₁ в круглом волноводе.

4. По заданной структуре поля волн Н₁₁ и Е₀₁ определите направление движения энергии.

5. Изобразите линии тока проводимости на стенке волновода при распространении волн типа Н₁₁ и Е₀₁.

6. Укажите способы возбуждения волн Н₁₁ и Е₀₁.

7. Как отфильтровать волну Н₁₁ (Е₀₁) в волноводе, по которому распространяется волна Е₀₁ (Н₁₁) ?

8. Объясните принцип работы электрического зонда и магнитной рамки, обеспечивающих связь поля в волноводе с током в индикато­ре.

9. Объясните, почему нельзя использовать во вращающихся сочле­нениях волну основного типа Н₁₁ в круглом волноводе?

10. Какая волна в круглом волноводе является низшей среди волн Н_mn и Е_mn?

11. Какая волна среди волн типа Н_mn является низшей в волно­воде круглого сечения? Какая волна среди волн Е_mn является низшей в волноводе круглого сечения?

12. Может ли в волноводе круглого сечения распространяться волна типа Т? Обоснуйте ответ.

13. Укажите области применения волноводов круглого сечения с волнами типа Н₁₁ и Е₀₁.

9. Список литературы

1. Конспект лекций по теоретическому курсу.

2. Пименов Ю. В., Вольман В. И, Муравцов А. Д. Техническая электродинамика. – М.: Связь, 2000. – С. 284…290, 413…421.

3. Фальковский О. И. Техническая электродинамика. – М.: Связь, 1978. – С. 249…261.

Приложение

На сантиметровых и миллиметровых волнах для направленной пере­дачи электромагнитной энергии широко используются металлические круглые волноводы. При возбуждении круглого волновода могут возникать волны типа Н_mn и Е_mn.

Для возбуждения волны Н₁₁ в круглом волноводе используется плавный переход от прямоугольного волновода к круглому (рис. 2).

Волна Н₁₀ в прямоугольном волноводе и волна Н₁₁ в круглом волноводе имеют весьма сходную структуру поля в поперечном сече­нии. Поэтому наиболее естественным преобразователем этих типов волн является переход от прямоугольного волновода к круглому с плавным изменением размеров и формы поперечного сечения. Если дли­на перехода равна или превышает длину волны в волноводе круглого сечения, то коэффициент стоячей волны, обусловленный переходом, не больше 1,1 в рабочей полосе длин волн круглого волновода с волной Н₁₁.

Радиус круглого волновода в некоторых случаях выбирается таким, что наряду с основным типом волны Н₁₁ пo волноводу может рас­пространяться волна Е₀₁. При этом из-за увеличения радиуса волновода снижаются потери в его стенках для основного типа вол­ны Н₁₁.

Возбуждение волны Е₀₁ в таком волноводе обусловлено нали­чием неоднородностей в реальном тракте. Однако возможность рас­пространения по волноводу волны Е₀₁ является нежелательной. Поэтому для предотвращения ее распространения в волновод поме­щается фильтр волны Е₀₁.

Он представляет собой тонкий диэлектрический стержень, покры­тый поглощающим материалом (например, аквадагом). Если такой стержень поместить на продольной оси волновода, то поле волны Е₀₁ будет интенсивно затухать. Это объясняется наличием у волны Е₀₁ продольной составляющей электрического поля Е_z, которая наводит токи в поглощающем слое диэлектрического стержня. Волна основного типа Н₁₁, у которой отсутствует состав­ляющая Е_z, распространяется в таком фильтре без поглоще­ния.

В лабораторной установке поперечное сечение круглого волно­вода выбрано таким, что по нему могут распространяться волны двух типов Н₁₁ и Е₀₁. Интенсивное возбуждение одного из двух типов обеспечивается специальными устройствами.

Волна Н₁₁ создается плавным переходом от прямоугольного сечения к кругло­му, трансформирующим волну H₁₀ в волну Н₁₁. При этом волны высших порядков практически не возникают, что обеспечивается плавностью перехода и структурой исходной вол­ны H₁₀ в прямоугольном волноводе.

Возбуждение волны Е₀₁ в круглом волноводе волной H₁₀ в прямоугольном волноводе осуществляется по схеме, изображенной на рис. 3. В этой схеме наряду с волной Е₀₁ в круглом вол­новоде возникает волна Н₁₁. Для фильтрации волны Н₁₁ используется резонансное кольцо. Как видно из рис. 3а, круглый волновод соединяется с прямоугольным по широкой стенке. Вторая широкая стенка прямоугольного волновода одновременно является дном круглого волновода. Согласование перехода осуществляется установкой в прямоугольном волноводе индуктивной диафрагмы или четвертьволнового трансформатора и применением в круглом волно­воде емкостной диафрагмы (кольцевого выступа) или емкостного винта, устанавливаемого в основании круглого волновода.

Устранение из круглого волновода волны Н₁₁ осуществляет­ся с помощью резонансного фильтрующего кольца, принцип действия котрого поясняется на рис. 3 б, в. Силовые линии электрического поля волны Е₀₁ перпендикулярны кольцу, а сило-

вые линии магнитного поля параллельны ему. Поэтому волна Е₀₁ при точной центровке кольца не возбуждает в нем токов и кольцо практичес­ки не влияет на прохождение волны Е₀₁. Прямоугольный волно­вод возбуждает в круглом, кроме волны Е₀₁, волну Н₁₁ с ориентацией электрического поля, показанной на рис. 3 в. Поле волны H₁₁ имеет составляющие электрического поля, касатель­ные к кольцу, и возбуждает в нем токи. При длине кольца, рав­ной длине волны в воздухе, токи, наведенные в кольце, будут максимальными. Токи в кольце направлены так, как показано на рис. 3 в пунктирными линиями. Эти токи также возбуждают в волноводе волну H₁₁, но с фазой поля, сдвинутой на 180° по отношению к фазе возбуждающего поля. Поэтому за кольцом в круглом волноводе возбужденное и "переизлученное" поля взаим­но вычитаются, что обеспечивает высокую степень ''чистоты" по­ля волны E₀₁.