Спектр критичних хвиль прямокутного хвилеводу.

За допомогою спектра критичних хвиль прямокутного хвилеводу можна визначити типи хвиль, які можуть поширюватися (за умови l < l_кр) і переносити енергію та мають дійсне значення характеристичного опору чи не можуть поширюватися (за умови l > l_кр) та проявляються як місцеві поля з реактивним характеристичним опором.

Розглянемо (рис. 3.2) спектр критичних хвиль для прямокутного хвилеводу з внутрішніми розмірами a ´ b за умови a > 2 b, розрахований за формулою (3.1).

Риc. 3.2. Спектр критичних хвиль прямокутного хвилеводу

Як видно з рис. 3.2, жоден тип хвилі в прямокутному хвилеводі не може поширюватися для довжини хвилі генератора l_ген > l_{кр Н 10} = 2 а. Із подальшим зменшенням l_ген спочатку може поширюватися хвиля Н ₁₀, потім – Н ₁₀ і Н ₂₀ (для l_ген < l_{кр Н 20} = а), далі – три типи хвиль, а потім – іще більше. Теоретично прямокутні хвилеводи на хвилі Н ₁₀ мають октавний діапазон, тому хвилю Н ₁₀ застосовують найчастіше й називають основною, інші типи – вищими.

Усі вищі типи для l_ген > l_{кр Н 20} = а проявляються у вигляді місцевих полів навколо їх збудника та швидко згасають. Типи хвиль з однаковими індексами мають однакову довжину критичної хвилі, але різну структуру поля; вони називаються виродженими.

3.1.2.Структура поля основної хвилі.

Для основної хвилі Н ₁₀ маємо m = 1, n = 0, u = p/ a, l_кр = 2 a.

Якщо l_ген < l_кр, то у хвилеводі встановлюється режим біжучої хвилі, для якого виконуються співвідношення

(3.1.а)

(дале під слід розуметь ).

Рівняння для миттєвих значень основної хвилі Н ₁₀ мают від:

(3.2.а)

(3.2.б)

(3.2.в)

Побудуємо епюри розподілу полів уздовж осі х (уздовж осі у поле незмінне).

Нехай t = 0, z = 0; тоді

Для t = 0, z = – Λ/4 маємо:

Для t = 0, z = Λ/4 одержимо:

Епюри обвідних розподілу складових поля H ₁₀від координати х у межах 0... а показано для цих випадків на рис. 3.3.

Рис. 3.3. Епюри розподілу поля вздовж координати x:

а – поля H_z для z = 0; б – поля E_y та H_x для z = – L/4; в – поля E_y та H_x для z = L/4

Структуру полябіжучоїхвилі в аксонометрії показано на рис. 3.4 для моменту часу t = T /4, коли в перерізі z = 0 фаза поля (ω t – β z) = π/2.

Рис. 3.4. Структура поля біжучої хвилі Н ₁₀:

Рис.3.5. Випромінювальні та невипромінювальні щілини:

1 – 6 – щілини; H;

d

Як випливає з рівнянь (3.2а) – (3.2в) і видно з рис. 3.4, 3.5 електричні силові лінії орієнтовані ортогонально широким стінкам, а петлі магнітного поля лежать у площинах, паралельних широким стінкам. Максимуми поперечних електричного та магнітного полів збігаються в просторі та зсунуті на Λ/4 відносно центра сімейства петель магнітних силових ліній.

Зауважимо, що ортогональні вектори та зсунуті за фазою на 90°, тому створюють у хвилеводі поле еліптичної поляризації, а в разі рівності їх амплітуд – поле колової поляризації. Це відбувається в поздовжніх перерізах х, якщо

звідки одержуємо причому напрямки колової поляризації в цих перерізах протилежні.

Зазвичай вибирають тоді і

Якщо дивитись на хвилевід зверху в напрямку передачі енергії, то біля правої стінки маємо праву колову поляризацію, біля лівої – ліву. Різницю в напрямках поляризації використовують у феритових пристроях та одному з типів спрямованих відгалужувачів.

Дата добавления: 2015-11-14