Электромагнитные поля и волны. Часть 2 (Направляющие системы СВЧ-диапазона. Регулярные волноводы. Колебательные системы СВЧ. Общая теория цепей СВЧ), страница 15

Электрический диполь, создается штырем, являющимся продолжением внутреннего проводника коаксиальной линии. Штырь необходимо располагать параллельно силовым линиям вектора , чаще это делают в максимуме вектора . Для эффективного возбуждения необходимо согласование штыря с волноводом, для этого диаметр, форма и длина штыря рассчитываются, а также расстояние от торцевой стенки волновода должно быть равно

l₁= ,

где    n = 0,1,2,3,… .

Схема возбуждения штырем прямоугольного волновода изображена на рисунке 3.12.

Рисунок 3.12

Штырь длиной l₂ возбуждает волны идущие вправо и влево от него. Если l₁ = , то ЭМВ проходя дважды это расстояние, получает фазовый сдвиг равный 180º, и еще 180º получает при отражении от стенки торцевой, итого получаем суммарный фазовый сдвиг равный 360º, то есть волны Е₁ и Е₂ распространяются в фазе. Если изменить частоту, то l₁  и волны Е₁ и Е₂ уже будут сдвинуты по фазе на угол  и эффективность возбуждения уменьшается. Для эффективного возбуждения на другой частоте нужно изменить l₁, для этого ставится настраиваемый поршень, положение которого изменяют с помощью винта. Здесь очень важно иметь хороший электрический контакт поршня со стенками волновода. Применяют скользящий пружинящий контакт или дроссельный поршень, бесконтактный. Имеются стандартные коаксиально-волноводные переходы (КВП) со штырем. КВП подчиняется принципу обратимости, то есть является возбуждающим устройством и приемным устройством.

Магнитный диполь (рамка) образуется путем замыкания центрального проводника коаксиального кабеля на оболочку, при этом образуется одна или несколько витков. При возбуждении волноводов с помощью рамки ее плоскость должна быть перпендикулярна силовым линиям магнитного поля волны желаемого типа. Как возбуждающее устройство рамка менее эффективна по сравнению со штырем, поэтому ее используют для приема.

Если плоскость рамки будет не перпендикулярна вектору магнитного поля, то ЭДС наводимая в приемной рамке уменьшается пропорционально Cos Θ, что используется в устройствах СВЧ (например, в резонаторах).

Если волноводы имеют общую стенку, то другой волновод можно возбудить через отверстия в стенке. Отверстия могут быть круглые, овальные, щелевые, крестообразные и др. Связь через отверстия осуществляются с помощью электрического и магнитного полей одновременно. Отверстия есть комбинация электрического и магнитного диполей. Используется в резонаторах, ответвителях, фильтрах.

Реализация возбуждающего устройства, создающего токи в стенках волноводов, технически сложна и не применяется.

3.8 Токи в стенках волноводов

Исходя из общих электротехнических соображений, можно заключить, что по внутренней поверхности стенок волновода должны протекать высокочастотные токи, структура которых тесно связана со структурой поля внутри волновода. По металлическим стенкам протекают токи проводимости, а между стенками токи смещения.

Ток проводимости оценивают плотностью поверхностного тока в стенках волновода, модуль которого численно равен напряженности магнитного поля, касательного к стенкам в рассматриваемой точке.

                                             , А/м

Глубина проникновения поля в металл δ определяется удельной проводимостью стенок σ_ст и частотой ω:

                                                                                                (3.16)

На частотах порядка 10⁹…10¹⁰ Гц она составляет доли или единицы микронов. Поэтому частота обработки стенок влияет на затухание в волноводах, чем меньше δ, тем больше влияние микрошероховатостей на затухание в волноводе. Для снижения затухания внутренние поверхности стенок тщательно обрабатывают (шлифуют, полируют) и покрывают хорошо проводящим металлом.

Знание величины и направления токов в стенках волноводов необходимо для решения многих практически важных задач. В первую очередь это расчет активных потерь мощности волны в волноводе, не менее существенным является вопрос о том, как будет вести себя волновод при нарушении стенок (при наличии отверстий, щелей и др.), при изготовлении волноводов (где важен хороший электрический контакт, а где нет).