Металлический волновод

Металлический волновод представляет собой полую металлическую трубу круглого или прямоугольного сечения (см. рис. 7.4а). Электромагнитные волны могут распространяться по волноводу, отражаясь от его стенок. В результате интерференции отраженных под определенными углами волн образуются устойчивые направляемые волновые структуры с синусоидальным или близким к нему распределением поля в поперечном сечении. Такие волновые структуры называются типами волн или модами (от англ. mode). В кабеле эти моды оказались бы мешающими, паразитными. В волноводе же при отсутствии центрального провода одна из этих мод волновода может быть использована для передачи сигнала. Путь движения волны показан на рис.7.46. Волна падает на узкую боковую стенку волно- 140

вода под углом ф относительно нормали и зеркально отражается.

Металлический волновод

Рис. 7.4. Металлический волновод:

а - геометрия, б - траектории распространения волн

Воспользуемся принципом Гюйгенса и построим пару волновых плоскостей. На рис 7.46 их положение показано штриховыми линиями. В прямоугольном треугольнике АВС катет

Волновод симметричен относительно продольной оси. Следовательно, колебания в точках В и С также должны удовлетворять каким-то требованиям симметрии. Таких требований всего два: электромагнитные поля в этих точках либо симметричны, либо антисимметричны относительно продольной оси волновода. Следовательно, в точках В и С поля должны иметь равные амплитуды, но могут отличаться знаком. Это означает, что на отрезке А В должно укладываться целое число полуволн, т. е.

Если поперечный размер волновода а задан, то, учитывая, что косинус не может быть больше 1, приходим к выводу, что длина волны электромагнитного поля, распространяющегося в волноводе, должна быть короче некоторой величины, равной

Эту длину волны называют критической длиной волны. Существование критической длины волны и необходимость выполнения условия

Является одним из важнейших свойств волновода. Целые значения числа т определяют тип волны или моду волновода.

Если зафиксировать значение т и увеличивать длину волны, то траектория движения будет становиться все круче и круче. Наконец, волна начнет метаться между стенками, не перенося энергии вдоль продольной оси волновода[1]. Эта ситуация как раз и соответствует критической длине волны.

Волны могут отражаться и от горизонтальных стенок волновода, потому в общем случае конфигурация поля в волноводе имеет сложный вид. В специальных дисциплинах вам более подробно расскажут о тапах волн в металлических волноводах.

Одна из мод имеет максимальное значение А,„п. Такая мода

называется основным типом волны. Основной тип волны может распространяться в волноводе в отсутствии других (высших) типов волн. Поэтому, чтобы избежать вредного влияния интерференции, в волноводных линиях передачи используют только основной тип колебаний (так называемый одномодовый режим).

Металлические волноводы получили широкое применение в качестве линий передачи сантиметровых и миллиметровых волн. Центры полос одномодовых режимов работы наиболее распространенных стандартных волноводов соответствуют X = 10 см, 3 см и 8 мм. Металлические волноводы на более короткие волны (6, 4, 3 мм) выпускаются в ограниченном количестве.

При уменьшении длины волны приходится уменьшать поперечные размеры волновода. Это усложняет технологию изготовления волноводов. Кроме того увеличиваются потери мощности волны в стенках. Поэтому для волн с длинами порядка миллиметра и короче волноводы применяются лишь на очень коротких расстояниях. О причинах увеличения потерь вы узнаете при изучении специальных дисциплин.

  • [1] Электромагнитное поле будет присутствовать во всем пространстве волновода,однако перенос энергии отсутствует.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >