ЭД / Новая папка / ЛК 7 ТЭД_и_РРВ

ЭД и РРВ (ЛК 7)

Электромагнитные волны в направляющих системах

∙Типы направляющих систем (НС);

∙основные технические требования к НС;

∙классификация направляемых волн;

∙особенности распространения направляемых волн;

∙длина волны, фазовая и групповая скорость в НС.

ЭД и РРВ (ЛК 7) Типы направляющих систем

Направляемые волны, в отличие от свободно распространяющихся электро- магнитных волн, могут существовать только при наличии каких-либо направ- ляющих элементов: металлических, диэлектрических или полупро- водниковых поверхностей, трубок, стержней и др.

Устройство, ограничивающее область, в которой распространяются электро- магнитные волны, и направляющее поток электромагнитной энергии в задан- ном направлении (например, от генератора к антенне), называют линией пе-

редачи (ЛП), волноводом или направляющей системой (НС).

Регулярной линией передачи называется такая линия, характеристики которой (форма поперечного сечения, параметры среды) не зависят от продольной ко- ординаты z.

ЭД и РРВ (ЛК 7) Типы направляющих систем

Все линии передачи можно разделить на:

- линии передачи открытого типа:

∙ двухпроводная линия, полосковая линия; ∙ несимметричная полосковая (микрополосковая) линия; ∙ диэлектрический волновод, световод; ∙ волноводы поверхностной волны,

∙ линзовые и зеркальные системы

- линии передачи закрытого типа

∙коаксиальный волновод (кабель),

∙прямоугольный, круглый, эллиптический, Н-образный волноводы и др.

ЭД и РРВ (ЛК 7) Основные технические требования к НС

НС должны удовлетворять ряду технических требований, таких как:

∙малый коэффициент затухания, обеспечивающий высокий КПД фидера, либо достаточный уровень сигнала для качественного приема на конце участ- ка линии связи;

∙обеспечение заданной передаваемой мощности, что существенно для мощ- ных фидеров. При этом не должен возникать электрический пробой и темпе- ратурный перегрев фидера;

∙экономическая целесообразность, определяемая малым весом, умеренными поперечными размерами, простотой конструкции, технологичностью выпол- нения и т.п.

Не существует универсальных НС, удовлетворяющих всем поставленным требованиям во всех диапазонах частот.

ЭД и РРВ (ЛК 7) Классификация направляемых волн

Направляемыми или собственными волнами НС называются такие электро-

магнитные волны, структура поля которых не меняется по мере движения волны. Структура поля определяется поведением векторов электромагнитного поля в пространстве.

Векторы E и H собственных волн в НС принято записывать в следующем

виде

где величины Ez и Hz – продольные составляющие – определяют проекции векторов E и H собственных волн на направление z0 , которое всегда выби- рается так, чтобы оно совпадало с осью НС, а векторы E и H – поперечные

составляющие – определяют составляющие векторов E и H собственных волн на плоскости, проходящей перпендикулярно оси НС.

ЭД и РРВ (ЛК 7) Классификация направляемых волн

Собственные волны в НС принято классифицировать по величине фазовой скорости и по структуре векторов E и H .

По величине фазовой скорости собственные волны в НС подразделяют на

∙медленные (νф < ν0);

∙быстрые (νф > ν0),

где ν0 – скорость света в среде, заполняющей направляющую систему.

Медленные волны могут распространяться, например, в таких НС как диэлек- трический волновод, световод, волноводы поверхностной волны. Быстрые волны могут распространяться, например, в таких НС как двухпроводная ли- ния, прямоугольный, круглый, эллиптический волноводы.

В НС, которые имеют как минимум два изолированных провода, могут рас- пространяться волны с фазовой скоростью равной скорости света.

ЭД и РРВ (ЛК 7) Классификация направляемых волн

По структуре векторов E и H собственные волны в НС подразделяют на

следующие четыре класса:

· поперечные электромагнитные волны или Т-волны (старое название и обо- значение – поперечно-электромагнитные или ТЕМ-волны) — это волны, у ко-

торых продольные составляющие векторов электромагнитного поля равны нулю, т.е. Еz = 0 и Нz = 0;

·электрические волны или Е-волны (старое название и обозначение – попе- речно-магнитные или ТМ-волны) — это волны, у которых Нz = 0, Еz ¹ 0;

·магнитные волны или Н-волны (старое название и обозначение – попереч- но-электрические или ТЕ-волны) — это волны, у которых Еz = 0, Нz ¹ 0;

·гибридные (смешанные) волны или EH-волны — это волны, у которых

Еz ¹ 0, Нz ¹ 0.

ЭД и РРВ (ЛК 7) Классификация направляемых волн

Класс собственной волны определяется наличием у этой волны проекций век- торов электромагнитного поля на ось НС, т.е. продольных составляющих.

1)В классе Т имеется только один тип волны — волна типа Т. Фазовая ско- рость волны типа Т равна скорости света и она может распространяться толь- ко в тех НС, по которым возможна передача постоянного тока. Это такие НС, которые имеют, как минимум два изолированных проводника (двухпроводная линия, коаксиальный кабель, полосковая линия и др.).

2)В каждом из классов Е, Н и ЕН-волн имеется бесконечное число собственных волн, которые принято называть типами волн и обозначать

через Еmn, Нmn, ЕНmn, где индексы m и n — любые целые числа, например,

Е11, Н10. Волны классов Е и Н могут распространяться практически во всех вышеперечисленных НС. Волны класса ЕН могут распространяться в диэлек- трическом волноводе, световоде и волноводах поверхностной волны.