Общие сведения об эл/маг поле. Строение эл/маг поля. Источники эл/маг поля. Связанные и свободные заряды, страница 18

Физ. смысл индексов m,n: они определяют число изменений (вариаций) поля по координате поперечного сечения волновода.

Типы вариаций. 

Индекс опр. число вариаций от 0 до ¥. Если m=0, то поле есть, но изменений поля нет.

Для каждой составляющей, для каждого вектора, компоненты свои вариации.

ЕÞЕ_x;Е_y

HÞH_x;H_y;H_z

Вариации по sin ил по cos определяется составляющей.

Общее правило построения картины поля волноводов любого типа, любой волны.

1.  Силовые линии Н имеют замк. характер.

2.  Max Н наблюдается около стенок волновода.

3.  Форма сил. линии в общем случае - 3х мерная замкнутая линия.

4.  Сил. линии маг. поля охватывают ток смещения I_см (из ур-ия Максвелла rot H=d - плотность тока, Н^I).

5.  Электрический вектор. Силовая линия вектора Е может иметь потенциальный характер, т.е. иметь начало и конец на стенках волновода.

6.  Может иметь вихревой характер (замк. сил. линии), тогда она должна проходить вдали от стенок Ме волновода, т.к. кас. компонента к поверхности стенок Е равна 0 (из гр. усл)

7.  На этом основании при пот. характере Е начинается и заканчивается под углом 90 (кас. компоненты Е нет)

8.  Силовые линии Е и Н должны пересекаться под углом 90.

9.  В волноводе при передаче энергии поперечные составляющие Е и Н совпадают в пространстве и во времени (перенос энергии должен происходит вдоль оси волновода - z). Если есть составляющие Е и Н в пространстве и во времени, то будет max перенос энергии по z. Если есть сдвиг по фазе волна затухает, вектор Пойнтинга уменьшается.

Е_y=Е_msinpx/acos(wt-bz)

H_x=-Е_m/Zcsinpx/asin(wt-bz)

H_z=-c/wm_aЕ_mcospx/asin(wt-bz)

c=p/a

Чем гуще сил. линии, тем сильнее поле. Если сдвиг м/у Е и Н=90, вектор Пойнтинга=0, переноса энергии нет. При наличии потерь в волноводе сдвиг м/у Е и Н во времени меньше 90 и max H_z,Е_y сближаются.

В пространстве H_z=Н_x

В волноводе есть два сечения: против часовой стрелке и по часовой стрелке.

В поперечном сечении:

В продольном сечении.

Высшие типы волн.

Все волны кроме H₀₁, начиная с H₂₁, - высшие типы волн. Каждая из высших волн возникает на частоте большей крит, которая опр. m и n, поперечными размерами волновода.

Возникновение высших типов волн происходит на более высоких частотах, чем для осн. волны. Возможность их существования опр. размерами поперечного сечения волновода и выбора раб. частоты. В волноводе на раб. частоте может существовать множество типов волн.

Высшие типы волн в ЛП являются вредными при передаче И (нет энергии).При наличии высших волн в ЛП взрастают потери энергии, шум, переходные помехи. Это возникает вследствие того, что происходит значительное отражение волн, от неоднородности волновода, от нагрузки, т.к. согласовать высшие типы волн практически невозможно. полезно использовать высшие типы волн в антенной технике для формирования опр. диаграммы направленности.

Структура волны H₂₀^–.

Это ближайшая волна.

Ее структура - симбиоз H₁₀ , она состоит из ячеек H₁₀ ,

l^–_крH20 =а

f_кр=с/а

Круглый волновод.

Осн. положения те же, что и для прям. волновода, только др. тип волны.

В кр. волноводе используют I₀(x) и I₁(x)

Критические частоты.

получаются из решения ур-ий.

I¢_m(g^a)=0®H_mn,

I_m(g^a)=0®Е_mn; a=r

g_^=n_min/a

H_mn=1.84,3.05

Е_mn=2.405,3.83 - ряд чисел

l_крH =2pа/n_min.

l^O_крH11 =2pа/1,84=3,41а.

l^O_крH01 =2,613а.

В кр. волноводе физ. все остается в силе. Осн волна H₁₁ в кр. волноводе, имеет l^O_крH11 =3,41а, где а - радиус волновода.

f_кр =с/l_кр

Структура H11 в кр. волноводе.

Возбуждение волноводов.

Для возбуждения используются возбуждающие устройства:

1.  Эл. типа

2.  Маг. типа

3.  Элемент Гюйгенса.

Принципы возбуждения волновода.

Для возбуждения в волноводе волны желаемого типа необходимо:

1.  В любом сечении волновода создать структуру эл. поля, совпадающую со структурой волны желаемого типа.

2.  В любом сечении волновода создать структуру маг. поля, совпадающую со структурой маг. силовых линий волны желаемого типа.