Материал: Электромагнитные волны и колебания в устройствах СВЧ. Филатов И.А

Векторы Е , Н и I l ориентированы в пространстве определенным образом, что позволяет по известному направлению одного из них определить направление для двух других оставшихся векторов.

При построении картин полей в длинных линиях при волнах типа Т первоначально удобно задаться направлением электрических силовых линий, которые идут от положительного заряда к отрицательному, а затем определить направление тока и по нему направление силовых линий магнитного поля.

3.2. Т – волны в полосковых линиях

Полосковая линия в технике сверхвысоких частот представляет собой плоскостную линию, канализирующую электромагнитные волны в воздушной или иной диэлектрической среде вдоль двух или нескольких проводников, имеющих форму тонких полосок и пластин. Электропроводящим материалом полосок и пластин служат медь, сплавы металлов, обладающие высокой проводимостью, серебро или (реже) золото, а в качестве диэлектрика выбирается фторопласт, полиэтилен, ситаллы, керамика или другой материал с малыми потерями энергии на СВЧ и высокой диэлектрической проницаемостью (до 20) [5].

Полосковые линии, называемые иначе ленточными радиоволноводами, делятся на два основных типа: симметричные и несимметричные. Первые из них состоят из ленточного проводника, расположенного между двумя заземленными пластинами, а вторые отличаются от первых лишь тем, что вместо двух используется одна пластина (основание).

Симметричная линия является видоизменением концентрической линии, а несимметричная – открытой двухпроводной. Поэтому в полосковых линиях так же, как и в длинных, основной будет Т-волна.

58

Структура полей в полосковых линиях с воздушным заполнением представлена на рис.11, из которого видно, что электрическое и магнитное поля имеют лишь поперечные составляющие.

Рис. 11

Несимметричная линия характеризуется большими потерями на излучение. При введении в линию диэлектрика потери будут уменьшаться, что объясняется концентрацией электрического поля.

59

4. СТРУКТУРА ПОЛЕЙ Е- И Н-ВОЛН В ЛИНИЯХ ПЕРЕДАЧИ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ

4.1. Общие вопросы построения картин полей Е- и Н- волн

Пространственное распределение составляющих электромагнитного поля во внутренней полости волноводных устройств находится путем решения основных уравнений электродинамики, т.е. уравнений Максвелла, причем решение их производится при наложении определенных граничных условий.

Вволноводах, как уже отмечалось, могут существовать лишь два типа волн: электрические и магнитные.

Взависимости от характера и величины нагрузки, включенной на конце волновода, в нем вдоль его продольных размеров распределение поля так же, как и в длинных линиях, может иметь характер бегущих, комбинированных или стоячих волн. Вдоль поперечных размеров распределение поля имеет характер только стоячей волны, что можно пояснить следующим образом. Для доказательства принципиальной возможности передачи энергии по волноводу его рассматривают как двухпроводную линию с подключенными к ней четвертьволновыми металлическими изоляторами, представляющими собой короткозамкнутые

линии длиной l 4 (рис. 12) с входным сопротивлением,

равным бесконечности (в идеальном случае). При безграничном увеличении числа изоляторов они сольются в сплошную конструкцию, замыкая пространство с четырех сторон.

Следовательно, в поперечном направлении волновод как бы состоит из параллельно включенных короткозамкнутых линий, распределение поля вдоль которых, как известно, носит характер стоячей волны.

Решение уравнений Максвелла показывает, что в волноводе может существовать бесчисленное множество волн

60

одного и того же вида, отличающихся друг от друга различным числом стоячих полуволн, укладывающихся вдоль поперечных размеров волновода. Вид волны принято обозначать буквой ( Е или Н ) с двумя индексами m и n .

Рис. 12

В волноводе с прямоугольным поперечным сечением индекс m означает количество стоячих полуволн, укладывающихся вдоль наибольшего поперечного размера, а n - вдоль наименьшего. В волноводе с круглым сечением индекс m означает число полных циклов изменения радиальной составляющей поля по окружности, а n - число нулей угловых составляющих поля при движении по радиусу волновода (исключая для Н - волн нуль на самой оси, если он имеется). Совершенно ясно, что m и n - целые числа, одно из которых может быть равным нулю. Можно показать, что в прямоугольных волноводах не существует волн типа Еm 0 и

E0n , а в круглых – волн типа Еm 0 и Н m0 .

61

Не рассматривая способа решения уравнений Максвелла, приведем общие выражения для составляющих электромагнитного поля.

В прямоугольном волноводе имеем: а) при электрических волнах:

имеющие размерность напряженностей электрического и магнитного полей; - круговая частота колебаний;

62