Вищі типи хвиль

Вищі типи хвиль у прямокутних хвилеводах зазвичай не використовують. Виникаючи за умови l > l_{кр mn} поблизу збуджувачів або неоднорідностей, такі типи хвиль є місцевими полями. Однак інколи раціонально використовувати й вищі типи хвиль, наприклад: Н ₁₀ та Н ₀₁ – у рупорних опромінювачах антен колової поляризації; Н ₁₀ та Н ₂₀ – у хвилевідних щілинних мостах і т. ін.

Як для збудження полів вищих типів, так і для боротьби з ними треба знати їх структуру. Якісно структуру поля вищих типів Н_mn і Е_mn можна побудувати, знаючи поля тільки трьох найпростіших хвиль: Н ₁₀, Н ₁₁ і Е ₁₁.

Структуру хвиль у поперечному перерізі хвилеводів спрощено показано на рис. 3.7: суцільні лінії зображають електричні силові лінії, штрихові – магнітні. Як видно з розгляду епюр, вище поле Н ₀₁ цілком подібне основній хвилі Н ₁₀, тільки орієнтоване ортогонально: лінії Е перпендикулярні вузьким стінкам, петлі магнітного поля лежать у вертикальних площинах. Структура поля Н ₂₀ складається з двох структур Н ₁₀ так, що напрямки магнітних ліній у площині їх дотику посередині хвилеводу однакові й вектори Умова – Пойнтінга в обох половинах спрямовані в один бік.

Рис. 3.7. Структури полів у прямокутному хвилеводі

Отже, складніше поле складається з відповідної кількості «комірок» простішого: поле Н ₂₀ – із двох комірок поля Н ₁₀ уздовж осі х; поле Е ₂₂ – із двох комірок поля Е ₁₁ уздовж кожної координати. На межах комірок треба узгоджувати напрямки силових ліній (див. поле Е ₂₂).

Вище були розглянуті ЕМХ в ідеальних регулярних прямокутних хвилеводах. Умова регулярності може бути виконана тільки в нескінченно довгих хвилеводах. Реальні лінії передачі НВЧ мають кінцеву довжину так як вони використовуються для передання енергії від генератора до користувача (навантаження). Наприклад, в телекомунікаційних системах (ТКС) в режимі випромінювання ЕМЕ передається від генератора до антени, котра, в даному випадку, є кінцевим навантаженням хвилеводу. Ввімкнення навантаження порушує умови регулярності.

В загальному випадку не вся ЕМЕ, передана по хвилеводу, поглинається навантаженням, частина її відбивається. Тому, в реальному хвилеводі крім падаючої хвилі, виникає відбита хвиля, бігуча від навантаження до генератора. Отже, сумарне ЕМП в кожному перерізі хвилеводу визначається інтерференцією двох бігучих назустріч хвиль.

Амплітуда відбитої хвилі залежить від характеру (активне, реактивне) та величини опору навантаження. При цьому в хвилеводі, в принципі, можливі три типа режимів:

режим бігучих хвиль (РБХ) (енергія повністю поглинається в навантаженні);

режим змішаних хвиль (РЗмХ) (енергія частково поглинається в навантаженні);

режим стоячих хвиль (РСХ) (енергія повністю не поглинається в навантаженні, повне відбиття);

В ТКС хвилевід як направляюча структура завжди входить в склад тракту НВЧ.

Трактом надвисоких частот (або просто хвилевідним трактом) називається сукупність функціональних пристрів НВЧ, з’єднаних між собою певним чином, що забезпечують передачу, комутацію та обробку радіосигналів.

Всі пристрої НВЧ являють нерегулярні (іноді неоднорідні) елементи. Їх ввімкнення приводить до зміни граничних умов, тому в хвилеводі збуджуються ЕМП вищих типів хвиль. В реальних випадках не вся енергія проходить крізь вузол НВЧ, частина її відбивається.

Таким чином, в реальному хвилевідному тракті ЕМП являє суперпозицію множини ЕМХ.

С точки зору впливу на режим у тракті пристрою НВЧ можна розглядати як деякі проміжні навантаження для частини хвилеводу.

Дата добавления: 2015-11-14