Часть 2 Волна н10 в прямоугольном волноводе

Волновод это один из видов систем, направляющая электромагнитную энергию от источника к потребителю СВЧ энергии.

Существуют следующие системы передачи энергии:

• Двухпроводные линии

• Коаксиальные линии

• Металлические волноводы различных форм сечения

• Диэлектрические волноводы

• Полосковые линии

• Открытые волноводные линии

• Замедляющие структуры и т.д.

В системах передачи энергии могут распространяться следующие типы волн (моды):

• ТЕМ волны (волны, у которых Е и Н компоненты перпендикулярны направлению распространения волны)

• ТЕ или Н волны (поперечно электрические волны); у них продольная составляющая вектора Е равна нулю, но продольная составляющая магнитного поля отлична от нуля

• ТМ или Е волны; у них продольная составляющая вектора Н равна нулю, но продольная составляющая электрического поля Е отлична от нуля

Эти типы волн независимы и существуют при выполнении определенных условий.

Волны ТЕМ

Эти волы могут существовать только в двухпроводных, коаксиальных или полосковых линиях. Скорость их распространения равна скорости света с учетом магнитной и диэлектрической проницаемости среды. Продольные компоненты Е и Н отсутствуют.

Волны ТЕ типа и ТМ типа в прямоугольном волноводе

Для прямоугольных волноводов имеют место следующие выражения для комплексных амплитуд полей типа ТЕ и ТМ

где:

A_mn B_mn - соответствующие амплитуды (электрической и магнитной составляющих);

_mn = iβ _mn – постоянная распространения; k_kp – критическая длина волны, зависящая от размеров волновода и параметров m, n.

Индекс m показывает, сколько полуволн укладывается вдоль широкой стенки (ось х). Индекс n показывает, сколько полуволн укладывается вдоль узкой стенки волновода (ось у).

Рис. 1 Прямоугольный волновод.

Волна Н₁₀ или ТЕ₁₀

Эта волна имеет наиболее высокую критическую длину волны и наиболее простую структуру. Выражения для комплексных амплитуд полей приведены ниже.

Для волны Н₁₀ критическая длина волны равна λ_кр = 2а.

Рис. 2 Структура полей волны Н₁₀

Фазовая и групповая скорость

Рис. 3 Графики фазовой и групповой скоростей

Длина волны в волноводе ,

где λ – длина волны в свободном пространстве.

Поверхностные токи текут перпендикулярно магнитным силовым линиям

Рис. 3. Поверхностные токи в волноводе

Если на поверхности волновода имеется прорезь, то такая прорезь излучает, если она расположена перпендикулярно линии поверхностного тока. Если же узкая прорезь расположена вдоль линий тока, то ее излучение весьма мало.

Рис. 4. Щели и токи

Возбуждение волны в волноводе и вывод энергии

Поскольку мы имеем дело с линейными системами, для возбуждения и вывода энергии используются однотипные устройства.

Имеются три основных вида таких устройств:

• Возбуждение и вывод с помощью штыря

• Возбуждение и вывод с помощью петли связи (индуктивный способ)

• Возбуждение и вывод с помощью щели (обычно используется для связи двух волноводов)

Рис. 5 Способы ввода и вывода энергии из волновода