1.3.2. Поздовжньо-електричні хвилі

Із аналізу структури поля хвилі типу "Е", зображеної на рис. 4.10, видно, що, як і в попередньому випадку, у вузлових площинах х_m складових Е_х або в площинах пучностей складових Н_у виконуються умови, тотожні граничним. Тому будь-яку з площин можна замінити ідеально провідною поверхнею, па-ралельною площині ХОZ. Звідси видно, що на цих площинах повинні виконуватись межові умови. Оскільки ,, то векторН_у, який проходить, наприклад, через точку х = 0, повинен, створюючи складові Н_х, замикатися через складову Н_у, яка проходить через точку х = х₁. Оскільки завжди , то при появі складовоїН_х з’являється складова Е_у. Таким чином, у хвилеводі утворюється хвиля типу Е_mn внаслідок виконання межових умов і .

Рис. 14

Методика побудовиструктури поля хвиліЕ_mn не відрізняється від викладеної раніше. Особливість полягає лише в тому, що побу-дову силових ліній краще всього починати із зображення вектора , всі складові якого знаходяться в поперечній площині. Дійсно, це буде відповідати ознакам поздовжньо-електричної хвилі,. Відповідні побудови зображені на рис. 14.

Оскільки вектор завжди вихровий, а для хвилівін знахо-диться в поперечній площині, то в базовому перерізі зобразимо зам-кнену криву у вигляді кільця. При цьому межові умови та вимоги m = 1 і n = 1 виконуються автоматично. Вектори починаються і закінчуються на стінках хвилеводу, вони перпендикулярні век-торам в кожній точці й утворюють поздовжню складовуЕ_z. Природно, що Е_z на стінках хвилеводу внаслідок граничних умов дорівнює нулю. Найбільша амплітуда Е_z буде в центрі хвилеводу. За розглянутою методикою з урахуванням періодичності структури поля можуть бути зображені силові лінії для хвиль вищих порядків.

1.3.3. Структура струмів у стінках і порожнинах хвилеводу

З першого рівняння Максвела

випливає, що поява вихрового магнітного поля зумовлюється наяв-ністю струмів провідності і струмів зміщення. Густина струмів змі-щення визначається швидкістю зміни напруженості електричного поля

Звідси випливає, що лінії густини струмів зміщення і векторів мають однакову форму. Між ними в одній і тій же точці простору і в один і той же момент часу існує фазовий зсув на, а в точках, які відстають одна від одної на, у напрямі поши-рення хвилі вони знаходяться у фазі. Знаючи структуру поля у хвилеводі, можна побудувати і структуру ліній струмів зміщення.

Наприклад, для хвилі типу Н₁₀ (рис. 15) лінії густин струмів зміщення розташо-вуються в центрі замкне-них силових ліній , тобто магнітне поле вини-кає навколо цих струмів. Напрям можна визна-чити і за вектором , ви-користовуючи правило правого гвинта. В стінках хвилеводу існують струми провідності. Густина струмів провідності пов’язана з напру-женістю магнітного поля кількісно і якісно. Дійсно, на основі гра-ничних умов і в той же час, як випливає з першого рівняння Максвелла, . Тому, будуючи лінії векторіві проектуючи їх на стінки хвилеводу, можна зобразити лінії струмів провідності. Проілюструємо це, зобразивши на рис. 16 розгортку хвилеводу із хвилею Н₁₀. За аналізом отриманої структури густин струмів провідності можна судити про структуру поля у хвилеводі.

На основі отриманої структури поля, зробимо висновки:

- форма і напрям ліній густини струмів провідності і зміщення однозначно пов’язанізіструктурою хвилі у хвилеводі;

- поздовжні складові магнітного поля зумовлюють присутність у стінках хвилеводу поперечних струмів провідності, а присутність поперечних складових магнітного поля зумовлюють появу в стін-ках поздовжніх струмів провідності;

- лінії густини струмів провідності спільно з лініями струмів змі-щення утворюють замкнуті контури струму.

Знання розподілу струмів у стінках хвилеводу необхідні для виготовлення хвилеводних щілинних антен, вимірювальних ліній та інших технічних пристроїв, для реалізації яких в стінках хвилеводу необхідно прорізати випромінюючі або невипромінюючі щілини. Нехай, наприклад, є ві-домим розподіл струмів в будь-якому фрагменті стінки хви-леводу (рис. 17). Зобразимо на цьому фрагменті дві щілини од-накових розмірів і конфігурацій. Нехай одна щілина перетинає лінії густини струмів, а друга роз-ташована паралельно їм. На кра-ях щілини, яка перетинає лінії густини струму, утворюються електричні заряди протилежних зна-ків, між якими виникає змінне електричне поле . Згідно з рів-няннями Максвела, це поле збуджує вихрове магнітне поле і при цьому виникає процес випромінювання енергії через щілину. У ви-падку, якщо щілина паралельна лініям густини струмів, на її краях заряди практично відсутні і вона не випромінює енергії. Таким чи-ном, залежно від потреб в стінці хвилеводу можуть бути прорізані як випромінюючі, так і невипромінюючі щілини.