Основные положения теории электромагнитного поля. Плоские электромагнитные волны. Волны в регулярном волноводе. Потери в волноводах. Возбуждение электромагнитных волн, страница 33

суть поверхностные токи, возбуждаемые s - й и – s - й волнами на неразрезанной стенке волновода S₀. Таким образом, для эффективного возбуждения поверхностные токи ,  должны быть сонаправлены с электрическим полем на отверстии, или щель должна разрывать токовые линии возбуждаемой волны (щель должна быть параллельна магнитным силовым линиям).

Если электромагнитное поле в волноводе возбуждается толь­ко сторонними электрическими токами, то формулы (6.44) при­нимают вид

, .                       (6.54)

Эти формулы показывают, что для наиболее эффективного возбуждения s - й волны (с наибольшим по абсолютной величине коэффициентом C_s)необходимо создать распределение плотности электрического тока по формуле  или близкое к ней, где А - постоянная. Таким образом, плотность стороннего электрического тока должна воспроизводить электрическое поле волны ТМ типа, которую нужно возбудить, по направлению, амплитуде и фазе. Нужно иметь в виду, что элементы тока, перпендикулярные электрическому полю данной волны, вовсе ее не возбуждают и что при наличии нескольких элементов тока сум­марное их действие будет наибольшим, если направления, амплитуды и фазы будут выбраны в соответствии с этими требованиями. При конструировании излучающих устройств в волноводе обыч­но исходят из сформулированного выше принципа. Тот же прин­цип используется и при подборе фильтров, отражающих одни волноводные волны и пропускающих другие. Эти фильтры могут иметь, например, вид проволочных решеток, расположенных в по­перечном сечении волновода. Так как отразить данную волну с индексом s – это значит возбудить волну с индексом – s, то и в этом случае необходимо, чтобы текущие по решетке токи воспро­изводили структуру отражаемой волны. По тонким проводникам токи могут течь лишь в одном направлении – вдоль проводни­ков, поэтому проводники должны быть направлены по электри­ческим силовым линиям данной волны. Так, например, решеткой из вертикальных (по оси у)проволок, расположенных достаточ­но часто, отражают волну Н₁₀ и пропускают волну Н₀₁ в прямо­угольном волноводе.

Предположим теперь, что возбуждение производится  с по­мощью элементарного диполя с дипольным моментом, находящегося в точке 1 и имеющего векторную длину  и электрический ток . Тогда первая фор­мула (6.54) дает

,(6.55)

где через  обозначено действующее поле s - й волны в волново­де - проекция вектора   на направление диполя .

Согласно формуле (6.38) норма N_s равна (для волны, распространяющейся в идеальном волноводе) учетверенной активной мощности, переносимой s - й волной через поперечное се­чение волновода. Возбуждаемая диполем s - я волна переносит че­рез каждое поперечное сечение активную мощность

которую можно переписать в виде

,(6.56)

где величину R_s можно назвать сопротивлением излучения дипо­ля, обусловленным возбуждением s  - й волны.

6.4. Возбуждение Н₁₀  в прямоугольном волноводе штырем (или короткой линейной антенной)

В качестве примера рассмотрим возбуждение волны Н₁₀ в прямо­угольном волноводе вертикальным диполем (направленным по оси у). Присвоим этой волне индекс s  = 1 или s  = - 1 и будем счи­тать, что диполь находится в точке x₀, у₀, 0. Тогда, согласно формулам (3.32), (3.33), собственные функции равны

,

и  составляющие электромагнитного поля волны Н₁₀:

, ,

, , .

Здесь мы воспользовались также соотношениями (6.34). Подставим эти выражения в формулу (6.55) для коэффициентов , полученную выше. В результате имеем

.

Отсюда видим, что оптимальное расположение диполя (когда  максимален) находится при . Для определения  воспользуемся формулой (6.39) и, подставив в него выражения для магнитной мембранной функции, получаем

.

Тогда, активная мощность, переносимая 1 - й волной через поперечное се­чение волновода, равна  и, так как выполняется , то для полной мощности находим

,

где величина R₁ есть сопротивление излучения дипо­ля, обусловленное возбуждением 1  - й волны.