Контрольные вопросы и задания
Дайте определение явлению дифракции.
Дайте характеристику основным методам решения задач дифракции.
Каковы пределы применимости метода геометрической оптики?
Какие особенности имеет метод физической оптики?
Объясните основные идеи метода Фурье на примере дифракции ЭМП на металлическом цилиндре.
Дайте определение зонам Френеля и спирали Корню.
Какие особенности имеет дифракция Фраунгофера?
Тема 15. Условия распространения эмв в направляющих системах
Направляемые ЭМВ. Понятие о линиях передачи и направляющих системах. Типы регулярных линий передачи. Поперечные и продольные составляющие векторов ЭМП. Классификация ЭМВ. Е, Н, Т и гибридные ЭМВ.
Решение уравнений Гельмгольца для направляемых волн. Связь поперечных составляющих векторов ЭМП с продольными. Постоянная распространения, критическая частота (критическая длина волны), длина волны в линии передачи, фазовая скорость, характеристическое сопротивление, затухание.
Общие свойства волн типа Т, Е и Н. Скорость распространения энергии. Дисперсия. Понятие об одномодовом и многомодовом режимах работы. Мощность, переносимая ЭМВ в линии передачи.
Указания к теме
Материал этой темы определяет общие закономерности, распространяющиеся на любой тип передающей линии. При изучении характеристик волнового процесса необходимо обратить особое внимание на критическую длину волны или частоту, уяснить ее физический смысл. Надо знать формулы для длины волны в волноводе, фазовой и групповой скорости при наличии критической длины волны. Важно уяснить характерные особенности и принципиальные отличия волнового и запредельного (закритического) режимов передающей линии.
Необходимо знать особенности структуры ЭМП Т, Е, Н, гибридных (НЕ и ЕН) волн и представлять, в каких линиях передачи они могут распространяться, а в каких – нет. Нужно иметь в виду, что не существует универсальных линий, удовлетворяющих целому ряду предъявляемых к направляющим системам технических требований во всех диапазонах. Исходя из этих требований, для передачи энергии выбирается та или иная разновидность направляющей системы, причем энергия обычно передается посредством волны только одного типа.
Основные сведения
Направляющая система (линия передачи – ЛП) – это устройство, предназначенное для передачи ЭМ энергии в заданном направлении.
ЭМВ в устройствах и системах связи должна распространяться по определенному пути с минимальными потерями, не взаимодействуя с другими волнами. Проводник, диэлектрик и любая граница раздела сред с различными электрическими свойствами (металл – диэлектрик, диэлектрик – воздух и т. п.) могут формировать канал, в котором будет преимущественно распространяться ЭМВ.
ЭМВ, распространяющуюся в направляющей системе, называют направляемой. Направляемые ЭМВ являются неоднородными, так как вне направляющей системы их ЭМП очень мало.
Роль направляющей системы могут выполнять металлические (кабель, волновод), диэлектрические (световоды, диэлектрические волноводы), металлодиэлектрические (ЛП поверхностной волны) ЛП.
На рис. 15.1 приведены основные типы направляющих систем и диапазоны частот, в которых они преимущественно используются.
ЛП называется регулярной, если она прямолинейна, и ее поперечное сечение неизменно по длине [1, 27–29].