Фейнман - 06. Электродинамика (1055669), страница 45
Текст из файла (страница 45)
(24.31) а это очень похоже на (24Л7)... Интересно, не правда ли? Грукповая скорость волн — это также скорость, с какой энергия передается по трубе. Если вам нужно найти поток энергия сквозь волповод, надо умножить плотность энергии на групповую скорость. Если среднее квадратичное электрическое поле равно Е„то средняя плотность электрической энергии равна е«Е~2. Кроме этого, часть энергии связана с магнитным полем. Мы не будем здесь это доказывать, но в любой полости или трубе магнитная и электрическая энергии равны между собой, так что полная плотность электромагнитной энергии равна е,Е,*. А мощность с)П/с)с, передаваемая волноводом, поэтому равна «'о' » (24.32) (Позже мы рассмотрим другой, более общий способ вычисления потока энергии.) ф д.
Лак наблюдатнь волны в волноводе Энергию в волновод можно ввести своего рода «антенной», воспользовавшись для этого, например, вертикальной проволочкой, или «штырем». В наличии волн в волноводе можно убедиться, отведя из него часть электромагнитной энергии с помощью приемной «антенки» вЂ” тоже какого-нибудь проволочного штыря или петельки. На фиг. 24.8 показан волновод, часть стенок на рисунке выхвачена, чтобы были видны входной штырь и Среднее геометрическое между э „и и,р в точности равно с †скорос света: (24.28) ()ва зенератара а К аеавектару Ф и г, гб.д, Нолновод с влоднылв иотырвм и нробнином.
приемный «пробник», Входной штырь можно подключить через коаксиальный кабель к генератору сигналов, а приемный пробник таким же кабелем можно соединить с детектором. Обычно удобнее вводить пробник через длинную прорезь в стенке волновода. Тогда можно им водить вдоль волновода и замерять поле в разных местах. Если подать с сигнал-генератора частоту ви, болыпую, чем граничная частота си„то по волноводу от штыря побегут волны. Если волновод бесконечной длины, то никаких волн, кроме этих, не будет (чтобы сделать его бесконечным, надо на конце его поставить тщательно сконструированный поглотитель, который не допустит отражения от этого конца). Тогда поскольку детектор измеряет поле близ пребника, усредненное по времени, то он будет воспринимать сигнал, не зависящий от положения в волноводе; на выходе будет регистрироваться величина, пропорциональная передаваемой мощности.
Если же сделать так, чтобы от дальнего конца волновода отражалась волна (предельный случай: если закрыть его металлической пластинкой), то вдобавок к первоначальной волне появится отраженная. Эти две волны будут интерферировать и создадут в волноводе стоячую волну, похожую на стоячие волны в струне, о которых говорилось в гл. 49 (вып. 4). В атем случае, по мере того как пробник передвигается вдоль трубы, отсчеты детектора будут периодически повышаться и падать; максимум поля будет отмечать подъемы волны, а минимум — узлы.
Расстояние между двумя последовательными узлами (или гребнями) равно Х /2. Это дает нам удобный способ измерять длину волны в волноводе. Если сдвигать частоту ближе к сз„то расстояние между узлами увеличится, показывая тем самым, что длина волны в волноводе изменяется по закону (24.19).
Пусть теперь наш сигнал-генератор включен на частоту, чуть-чуть меньшую, чем сб,. Тогда показания детектора будут постепенно падать по мере того, как пробник удаляется вдоль волновода. Если еще понизить частоту, напряженность поля начнет убывать быстрее, следуя кривой фнг. 24Л и показывая, что волны не распространяются. 23$ й 1». Сочлеиеиие вол««оводов Важное практическое применение волповодов состоит в передаче высокочастотиой мощности.
Ими, например, соединяют высокочастотный осциллятор или выходной усилитель радиолокатора с антенной. Сама же антенна обычно состоит из параболического рефлектора, в фокус которого подается энергия от волповода, расширяющегося па конце в виде «рога», который излучает волны, приходящие по волководу. Хотя высокую частоту можно передавать и по коакспальному кабелю, волновод все же лучше — по нему можно передавать ббльшую мощность. Во-первых, передаваемая по кабелю мощность ограничена опасиостыо пробоя изоляции (твердой или газообразной) между проводниками, Напряженности полей в волководе лри данной мощности обычно не столь велики, как в кабеле, так что моя«по передавать бблыпие мощпости, ие опасаясь пробоя. Во-вторых, потери мощности в коаксиальпом кабеле обычно болыае, чем в воляоводе.
В кабель приходится ставить изоляционный материал, чтобы поддержать впутрениий проводник, и в этом материале возникают потери энергии, особепио при высоких частотах. Кроме того, плотности тока во внутреннем проводе весьма высоки, а поскольку потери пропорциональны кзадратуплотности тока, то чем слабее ток в стенках волновода, тем меньше потери эпергии, Чтобы свести эти потери к минимуму, впутреппюю поверхность волповода часто покрывают хорошо проводящим материалом, скажем серебром. Проблема соединения «коптуров» с волноводами резко отличается от аналогичной задачи при низких частотах.
Ее часто называют микроволновым «сочленением». Для этой цели было придумано много приборов. Например, две секции волновода обычно связываются при помощи флаицев (фиг. 24.9), по такое соединение может повлечь за собой серьезные потери энергии, потому что через соединение потекут поверхностные токи, а пх сопротивление довольно велико. Один из способов избежать потерь — это сделать флапцы так, как показано па фиг. 24.10. Между соседними секциями волковода оставляют небольшой зазор, а па торце одного из флапцев делается желобок. Получается пебольшая полость (ср. с фиг.
23.16,в), размеры которой выбирают так, чтобы ее резонансная частота совпадала с частотой волн в волповоде. У такой резонансной полости «импеданс» очень высок, поэтому через металлическое соединение (точка а на фиг. 24.10) идет сравнительно слабый ток. Сильные токи в волиоводе попросту заряжают и разряжают «емкость» щели (в точке Ь), где энергия рассеивается слабо. Теперь представьте, что вам иужпо закрыть волиовод так, чтобы не возникло никаких отраженных волн. Значит, надо в конце поставить что-нибудь такое, что сможет имитировать Ф ив. Ув'.9.
Секции волььоводаь еоединенние ьдланцальи. бесконечность волловода. Нужно такое «конечное» устройство, которое действовало бы иа волновод так, как действует на передающую линию ее характеристический импеданс — что-то, что только поглощает набегающие волны, но пе отражает нх. Тогда волновод будет действовать так, будто он бесконечный. Такие окончания получаются, если поставить внутрь трубы тщательно изготовленные клинья из проводящего материала. Они только поглощают энергию и почти не генерируют отраженных волн.
Коли вам нужно соединить между собой три элемента, скахьем один источник и две антенны, то для этого годится устройство в виде «Т», как показано на фиг. 24.»1. Мощность, подводимая центральной секцией етого «Т», расщепляется и расходится по двум рукавам (здесь еще может произойти и отраяьение волн). Из схемы, представленной на фнг. 24.12, можно качественно увидеть, что поля на конце входной секции могут разойтись и создать электрические поля, которые дадут начало волнам, разбегающимся по рукавам. Смотря по тому, перпендикулярны ли электрические поля «верхушке» нашего «Т» илн Ф и в. ей.лд.
Сочленение двух еекций волновода, даюо»ее льалие но»вери. Фиг. 24.11. Волновод»Т». На фланиь» надеты пластмассовые колпачки, крсдохраняюн»ие внутреннюю часть «т» от»веря»кения е»серадотаюннм состоянии. Е о о о о о о о о Ф и г. 24.12. Электрические поля в волноводе <Т» при двух вовмоясних ориент«Чаях поля, о о оо о о параллельны ей, поля в месте сочленения могут оказаться либо такими, как на фиг. 24А2, а, либо как на фиг. 24Л2, б.
Наконец, хотелось бы описать прибор, именуемый «направленным ответвителем». Это очень полезное устройство, когда нужно узнать, что получилось после того, как вы сочленичи между собой какое-то сложное расположение волчоводов. Например, нужно узнать, в какую сторону бегут волны в той или иной секции трубы; скажем, необходимо представить себе, насколько сильна в ней отраженная волна.
Направленный ответвнтель отбирает немножко мощности у волновода, если по нему бежит волна в одну сторону, и не отбирает ничего, если она бежит в другую. Подключив выход соединителя к детектору, можно измерить «одностороннюю» мощность в волноводе. Направленный ответвитель (фиг. 24АЗ) — зто кусок волновода АВ, к одной из сторон которого припаян другой кусок волновода С1л. Труба СВ отогнута в сторону так, чтобы поместился соединительный фланец. Прежде чем спаятьтрубы, через соседние их стенки насквозь просверлили пару (или несколько) отверстий, чтобы через них часть полей в главном волноводе АВ могла пройти во вторичный волновод С11.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
