Глава 10. Волноводы и волноводные устройства
Глава 10. ВОЛНОВОДЫ И ВОЛНОВОДНЫЕ УСТРОЙСТВА §10. 1. ОСНОВНЫЕ СООТНОШЕНИЯ ТЕОРИИ РЕГУЛЯРНЫХ ВОЛНОВОДОВ В диапазоне радиоволн короче 10 см, где потери на тепло в двухпроводных и коаксиальных линиях становятся слишком заметными, для передачи электромагнитной энергии используются металлические (в некоторых случаях - диэлектрические) волноводы, представляющие собой трубы различной формы поперечного сечения. По мере развития антенно-фидерных устройств сверхвысоких частот область применения волноводов и созданных на их базе волноводных узлов становится все более широкой, а в современной радиоэлектронной аппаратуре СВЧ волноводные узлы сделались основными элементами, определяющими ее важнейшие свойства. В отличие от двухпроводных и коаксиальных линий, в волноводе не может существовать поперечная электромагнитная волна ТЕМ. В волноводе существуют волны с более сложной структурой поля: электрические Е (или поперечно-магнитные ТМ) и магнитные Н (или поперечно-электрические ТЕ). Сокращенно эти волны называют соответственно волнами типа Е и Н. При исследовании электромагнитных полей внутри волновода для упрощения решения предполагают, что его стенки выполнены из идеально проводящего материала и что он заполнен однородным и изотропным диэлектриком. Из общего курса электродинамики известно, что поле внутри волновода удовлетворяет однородным волновым уравнениям вида где
Решение волнового уравнения позволяет получить выражения для продольных составляющих полей и величину постоянной распространения
где g - собственные числа волновых уравнений (поперечное волновое число); k - волновое число свободного пространства. Учитывая связь между продольными и поперечными составляющими полей в волноводе, даваемую уравнениями Максвелла, можно определить поперечные составляющие полей по известным продольным составляющим, найденным из решения волнового уравнения. Зная выражение для постоянной распространения где λ - длина волны генератора; с = 3ˑ 108 м/с - скорость света; Критическая длина волны определяется только типом волны и волноводом. При заполнении волновода без потерь диэлектриком с относительной диэлектрической проницаемостью ε r критическая длина волны в волноводе увеличивается а длина волны и фазовая скорость определяется из выражения Групповая скорость (т. е. скорость движения энергии волноводе) связана с фазовой соотношением откуда для групповой скорости в волноводе с воздушным заполнением получаем Из приведенных формул следует, что в докритическом режиме, когда
Таким образом, волновод пропускает электромагнитную энергию не ниже определенной (критической) частоты, т. е. обладает свойством фильтра верхних частот. Необходимо также отметить, что фазовая скорость и длина волн типа Е и Н зависят от частоты. Эта зависимость называется дисперсией. Рис. 10. 1. Изменение скорости волны в волноводе при различных режимах его работы
Воспользуйтесь поиском по сайту: ![]() ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|