Изучение прямоугольных волноводов и волноводных скруток

Цель работы: Познакомится с устройством волноводов, особенностями конструкции и областью применения. Построить модели волноводов для изучения их свойств

На сантиметровых волнах линию во многих случаях заменяют волноводом, представляющим собой металлическую трубку круглого или прямоугольного сечения, внутри которой распространяется электромагнитная волна (рис.1). Стенки волновода играют роль экрана, не дающего электромагнитным волнам распространяться в разные стороны и заставляющего их перемещаться только вдоль волновода.

Рисунок 1 - Круглый и прямоуголный волноводы.

По сравнению с коаксиальной линией потери энергии в волноводе меньше, так как отсутствует внутренний провод и нет никаких изоляторов. В коаксиальной или симметричной линии могут распространяться волны любой частоты, а в волноводе возможно распространение только волн, у которых частота выше некоторой определенной величины, называемой критической частотой fKp. Иначе говоря, в волноводе могут распространятьея только волны, у которых длина короче некоторой критической длины волны (ламбда)кр. Критическая длина волны приблизительно вдвое больше поперечного размера волновода. Опыт и теория показывают, что в волноводах могут распространяться электромагнитные волны различных типов. Все они делятся на две группы: 1) электрические волны, обозначаемые Е, имеют электрическое поле, расположенное и в поперечном и в продольном направлениях, а магнитное поле только в поперечной плоскости; 2) магнитные волны, обозначаемые H, имеют магнитное поле, расположенное поперек и вдоль волновода, а электрическое поле только в поперечной плоскости.

Волну в волноводе можно рассматривать как сумму поперечных волн, распространяющихся зигзагообразно путем многократного отражения от стенок, как показано на рис.2. При этом более длинные волны распространяются с большим числом отражений и зигзагов.

Рисунок 2 - Пути волн различной длины в волноводе.

Рисунок 3 - Структура магнитного и электрического полей в прямоугольном волноводе для основной волны типа Н

Конструктивное выполнение волноводов весьма разнообразно.

Рисунок 4 - Повороты и скручивания волновода

Применяются плавные изгибы (рис.6 а) и уголковые повороты (рис.6 б). Для поворота направлений векторов Е и Н делают скручивание волновода (рис.6 в).

Рисунок 5 - Структура магнитного и электрического полей в исследуемом прямоугольном волноводе

Рисунок 6 - Структура магнитного и электрического полей в исследуемом прямоугольном волноводе

Рисунок 7 - Структура магнитного и электрического полей в исследуемой волноводной скрутке

Рисунок 8 - Структура магнитного и электрического полей в исследуемой волноводной скрутке

Вывод: В ходе работы были изучены прямоугольные волноводы и волноводные скрутки. Рассмотрено их применение, а также характер распространения волны в каждом из них, что было представлено выше.

Дата добавления: 2015-07-16