Баскаков С.И. Основы электродинамики (1973) (944136), страница 21

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 21)

Так, например, для часто используемой волны типа Нм имеем: Картина поля, построенная на основании соотношений (7.42), изображена на рис. 7.7. Она полностью совпадает с той, которая была получена путем непрерывной деформации прямоугольного волповода с волной типа Н,о. Рис. 7.7. Картина силовых линий электромагнитного поля волны типа Нп в круглом волноводе. Большой интерес представляет также колебание Наг — простейшая симметричная магнитная волна в круглом волноводе.

Составляющие поля для волны этого Рис. 7.8. Картина силовых линий электромагнитного поля волны типа Не, в круглом волноводе. 137 типа имеют сдедующий вид: Н = ) ' 7 / — ('э' )е ""', Е„=О, г— Ры 'Л а 1 Н =(), Е = )~эаы"' 7 /' — эгг )е 1э Ры / 'Л а / На =Науа ( — "') е "', Е,=О. (7.43) Соответствующая картина поля изображена на рис. 7.8.

7.4. Применения круглых волноводов Основываясь иа материале 44 7.2, 7.3, построим диаграмму типов волн в круглом металлическом волиоводе. Построение такой диаграммы позволяет ответить иа ряд существенных вопросов, таких, как нахождение низшего типа колебаний и определение области одиоволиовости данного волиовода. Обращаясь к таблицам хорией функций Бесселя и их производных, нужно прежде всего выделить среди этих корней наименьшие по абсолютной величине, поскольху именно таким корням в соответствии с (7.26) и (7.39) отвечают типы колебаний с наибольшими критическими длинами волн.

Прежде всего отметим, что иаимеиьшим из всех корней оказывается корень ни= 1,841, которому соответствует тип колебаний Ны. Подставляя его в (7А2), будем иметь Лаан = 2яа/1,841 3,41а. Итак, как и следовало ожидать, тяп колебаний Нзь получаемый непрерывной деформацией осиовиого типа колебаний прямоугольного волиовода, оказывается низшим типом колебаний в круглом эолиоводе. Далее получаем: Лээ~ — — 2яа/2,405 ~ 2,61а, Л„эн — — 2 га/3,054 ~ 2,06а, Л„и, — — Л„„в — — 2яа/3,832 1,64а.

г Из соответствующей диаграммы типов колебаний (рис. 7.9) следует, что в круглом волиоводе все волны с длинами, большимя, чем 3,4!а, оказываются иераспростраияющимися, в интервале длин волн 34!а)Лэ)2,61а волиовод является одиоволяовым, т. е. пропускает лишь осиовиой тип колебаиий Нм, а пря Лэ(2,6!а в волиоводе наблюдается уже миоговолиовый режим распространения. Итак, теоретически круглый волиовод может быть использован в качестве одиоволиовой линии передачи в диапазоие 3,4)а)Ла)2,61а. Однако практически этот диапазон должен быть несколько сужен по причинам, изложеииым в $6.6.

Несмотря иа очевидиые кпиструктивиые и технологические достоииства, круглый волиовод примеияетсц иа практике значительно реже, чем прямоугольный. Это обусловлено так называемой поляризациоииой иеустойяивостью основной волны типа Нм в круглом волиоводе. Такая неустойчивость является прямым следствием высокой степени симметрии круглого волиовода. Например, если иа 138 Высшие лтилы йдйа Х0ба 2,дйа 3Ч!а Хе Рис. 7.9.

Диаграмма типов колебаний в круглом волноводе. входе волноводной системы волна Н«поляризована так, как вто показано на рнс. 7.!О, то под влиянием различного рода случайных илм преднамеренных деформаций тракта на выходе можно нолучнть волну уже с другим направлением плоскости поляризации. Поскольку всевозможные устройства для возбуждения волноводов работают, как ~правило, лишь с колебаниями вполне определенной поляризации, поляризационная,неустойчивость 'колебаний в круглом волноводе часто служит существенным препятствием к его использованию в качестве линии передачи. Наряду с этим, полная симметрия круглого волновода по угловой координате часто находит полезное практическое применение, например, в ферритовых волноводных устройствах СВЧ.

Весьма ценным практическим Й является возможность распростра- блед бьгход пения в нем симметричных типов колебаний. На рис. 7.11 показан Рис. 7.10. К пояснению поля- эскиз так называемого вращаю- ризационной неустойчивости щегося сочленения, предназначен- волны типа Н„ в круглом вол. ного для передачи энергии от пере- новоде. датчика к антенне радиолокационной станции, осуществляющей сканирование пространства по угловой координате. Здесь энергия из неподвижного прямоугольного волновода ! отбирается с помощью штыря 2, ноторый, в свою очередь, возбуждает колебание типа Ез~ в круглом волноводе 3.

Наличие поперечной контактной щели в этом волноводе ~позволяет осуществлять круговое вращение аналогично устроенного верхнего волноводного узла 4, причем в силу симметричности структуры поля волны Ез~ коэффициент передачи всего устройства не зависит от угла поворота.

Наконец, следует остановиться на одном уникальном свойстве круглого волновода, связанном с частотными характеристиками затухания колебания типа Нм. Теоретически и экспериментально было показано, что погонное затухание этого типа колебаний неограниченно падает с ростом частоты, в отличие от затухания других типов колебаний как в круглом, так и в прямоугольном волноводах, которое с ростом частоты увеличивается. Это позволяет осуществлять дальние волноводныс лиани связи, которые могут в полной мере реализовать огромную информационную емкость диапазона СВЧ. Для того чтобы иметь представление 139 Рнс.

7.11. Олин из вариантов выполнения вращающегося волноводного сочленения с использованием отрезка круглого волновода: Г неподвижный короткоземквутый отрезок прямоугольного волвоаода; у — возбуждаюший штырь; 3 — отрезок круглого волновода с волной типа Ни: С вЂ” вращающаяся секция прямоугольного волиовода. баний, число которых может быть весьма велико. Расчет показывает, что н трубе диаметром 50 мм,на длине волны 4 мм наряду с волной Нш существуют еще порядка 750 распространяющихся типов колебаний.

Помимо общих затруднений, изложенных в % б.б, ситуация осложняется тем, что полезная волна Нег имеет тенденцию перерождаться з паразитные типы на случайных изгибах н неоднородностях волнозодного тракта. Последнее ведет к тому, что фактическое затухание в золноводе становится значительно выше теоретически предельного. Наиболее эффективная мера борьбы с паразитными типами воли основана на характерной структуре поля колебания 1-!ш, Легко показать, что магнитное поле в этой волне иа стенках волновода, т. е. при г=а, имеет лишь продольную составляющую О,.

Поскольку линии поверхностного тока всегда перпендикулярны силовым линиям вектора Н, то поверхностный ток в волне данного типа протекает лишь в азимутальном направлении, как это показано на рис. ?.!2. Отсюда следует, что волновод, снабженный большим числом поперечных щелей или даже выполненный из отдельных изолированных друг от друга колец, будет обеспечивать успешное распространение желаемого типа колебаний, в то время как длн паразитных типов колебаний щели окажутся излучающими, что способствует фильтрации нежелательных типов колебаний, Рис.

7.12. Распределение поверхностных токов на стенках круглого волновода с волной типа Нзь о реальных цифрах затухания, можно указать, что на нолнах мил. лиметрового диапазона затухание в километровом отрезке круглбй медной трубы диаметром 50 мм состйв- 1 7 ляет всего лишь несколько децибел. Однако на пути практического использования линий передачи с волной Нег возникает ряд трудностей как принципиальных, так и технических. Большинство из них связано с тем, что колебание типа Нег не является в кругр лом волноводе низшим, иэ-за чего по такому волноводу потенциально могут распространяться и другие типы коле- ГЛАВА ВОСЪМАЯ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ С ВОЛНАМИ ТЕМ $.1.

Некоторые общие характеристики волн ТЕМ в линиях передачи В гл. 5, при классификации волн в линиях передачи, указано на существование особого класса решений уравнений Максвелла, для которых характерно отсутствие продольных составляющих как электрического, так и магнитного векторов. Волны подобного вида принято называть поперечными электромагнитными волнами или, сокращенно, волнами ТЕМ. Простейшим примером волны типа ТЕМ может служить переменное электромагнитное поле, образующееся в волноводе из двух проводящих плоскостей при распространении плоской электромагнитной волны, имеющей параллельную поляризацию и падающей под углом <р= =90' (рис.

8.1). Обращает на себя внимание тот факт, что данное поле по своей конфигурации полностью совпадает с однородной плоской волной; роль идеально проводящих стенок сводится лишь к локализации поля в пространстве. Отметим некоторые основные свойства волн типа ТЕМ. 1. Поскольку граничные условия для вектора Е в изображенной линии передачи удовлетворяются автоматически, структура поля не зависит от расстояния между плоскостями и от длины волны. Следовательно, (А*э)там = ча' т. е. система пропускает колебания всех частот вплоть до постоянного тока. 2. Механизм распространения волны типа ТЕМ не связан с явлениями многократных отражений от стенок. Поэтому т"~)там =Р Здесь под Ха в общем случае следует понимать длину однородной плоской волны в заполняющем диэлектрике.

Характеристики

Список файлов книги