Техническая электродинамика (стр. 13 из 16)

Используя это требование в качестве граничных условий при решении уравнений Максвелла, можно убедиться, что данной рабочей длине волны соответствуют определенные и единственно возможные скорости ее распространения в волноводе. Это можно истолковать как наличие единственно возможных углов наклона фронта волны θ, при которых многократно отражаемые гребни волн (изменяющие полярность при каждом отражении) в результате интерференции компенсируют друг друга у проводящих стенок трубы. Иными словами, скорость распространения сигнала (равно как и определяющий ее угол наклона θ) зависит от соотношения между рабочей длиной волны и поперечными размерами линии.

Линии , в которых скорость распространения сигнала зависит от частоты или длины волны называются дисперсными, а волны типа "Е" и "Н" - дисперсными волнами. Очевидно, что для некоторых значений длины волны граничные условия могут соблюдаться только при очень сильном наклоне фронта волны к оси, когда θ → 0.

Предельный случай -ориентация фронта параллельно стенкам - означает поперечный резонанс внутри волновода, когда распространение энергии вдоль оси прекращается. Это явление называется "отсечкой" волн, а соответствующий режим волновода критическим. Длина волны, при кото рой наступает отсечка, то есть прекращение передачи энергии, является критической (λ_кр). Ее значение, как это следует из предшествующих рассуждений, зависит от поперечных размеров волновода. Если выразить угол наклона фронта θ через те же размеры волновода и рабочую длину волны λ, то можно получить выражения:

;

Таким образом, особенностью волноводной передачи является дисперсное распространение сигнала и существование отсечки для волн, длина которых превышает λ_кр. Этот недостаток волновода является существенным, так как вынуждает ограничивать рабочий диапазон частот для каждого из стандартных размеров волновода в пределах 20 - 30 % от средней рабочей частоты.

Упоминающаяся выше интерференция волн при их зигзагообразном перемещении определяет характерную структуру в.ч. полей в поперечном се чении волновода. Возможное многообразие этой структуры обусловлено тем, что при изменении соотношения длины волны и размеров волновода условия распространения сигнала (то есть соответствие угла граничным условиям) реализуется многократно.Однако всякий раз будет иметь место своя, отличная от других, периодичность электромагнитного поля в плоскости поперечных координат, составляющая в общем случае m и n циклов. В соответствии с этим вводится дополнительная классификация волн в пределах каждого типа с помощью индексовm и n:«

» и «

Для каждой из них критическая длина волны λ_кр имеет различное значение и убывает, как правило, с увеличением периодичности m и n.

Для прямоугольного волновода с размерами стенокa и b

Зависимость λ_крот типа волны позволяет использовать волновод при одном, основном типе волн, что облегчает задачи связи и согласования элементов тракта, а также исключает "ращепление" сигнала на составные части с различными условиями распространения. Для этой цели в качестве основного используется наиболее "длинноволновый"тип волны имеющий максимальную величину λ_кр, а поперечные размеры волновода выбираются "закритическими"для всех остальных типов волн, называемых высшими.

В данной работе проводится исследование дисперсионных свойств волн типа Н₁₀ в прямоугольном волноводе с помощью установки, блок- схема которой представлена на рис.2