1.4 Волны магнитного типа

Вектор Е перпендикулярен плоскости падения.

Ход рассуждений при рассмотрении второго случая аналогичен первому случаю. Отличие заключается в том, что замкнутые петли линий E во втором случае заменяются замкнутыми петлями линий H.

Масштабы картин поля и выражения для фазовой скорости также аналогичны. В первом случае образуется волна типа Е, во втором случае поле E не имеет продольных составляющих, совпадающих по направлению с вектором фазовой скорости, и расположено в плоскости, перпендикулярной направлению распространения.

Продольной составляющей обладает поле H. Такую волну называют, волной магнитного типа и обозначают, Н. Проведенный анализ показывает, допустимость ограничения распространения электромагнитного поля с одной стороны металлической плоскостью. Попробуем ограничить электромагнитное поле с двух сторон, поместив параллельно первой металлической плоскости вторую.

1.4.1 Двухплоскостной волновод.

Поместим выше первой металлической плоскости вторую бесконечную плоскость из идеального металла таким образом, чтобы не нарушить имеющейся картины поля. Для этого вторую плоскость следует размещать на расстояниях , где n=1,2,3,… - ряд целых чисел. При этом поле E будет подходить к металлическим плоскостям нормально, а поле H - тангенциально. Граничные условия будут, соблюдены и картина поля между двумя плоскостями будет, такой же, как и в случае одной плоскости.

Картина поля при n=1 и волне типа Е показана на рисунке 10. Волна подобного типа обладает одной вариацией поля по направлению, перпендикулярному плоскостям, и называется волной типа E₁. Картина поля при n=2 и волна типа H₂

Рисунок 10 – Картина поля волны типа Е

Рисунок 11 – Картина поля волна типа H

С учётом выражения (14) расстояния между плоскостями:

(15)

Величина зависит от угла падения φ. Если требуется волна более высокого типа, например 2n при неизменном угле φ, то для ее возникновения следует в два раза увеличить расстояние . Минимальное расстояние, при котором возможно существование волны с n=1:

.

Минимальное расстояние, при котором возможно существование волны с n=2, . При , это условие является условием единственности волны с n=1. Все волны с большими индексами не смогут распространяться между двумя плоскостями. При расстоянии возникает волна с n=2 и не сможет возникнуть волны с n=3. Однако одновременно сможет существовать и волна с n=1, называемой основной. Таким образом, путем надлежащего выбора расстояния между плоскостями можно обеспечить условие единственности волны основного типа и нельзя обеспечить условие единственности волн высшего типа. Введение второй плоскости позволило еще более ограничить электромагнитное поле в пространстве. Система из двух бесконечных плоскостей физически нереальна. Далее будут рассмотрены реальные канализирующие системы – волноводы.

Заметим, на основании формулы (15), что при в двухплоскостном волноводе не могут существовать волны типа E или H. Однако, если силовые линии магнитного поля ориентированы тангенциально по отношению к плоскостям, а силовые линии электрического поля перпендикулярны к ним, как показано на рисунке 12, возникает волна, у которой вектор Пойнтинга ориентирован вдоль оси волновода. Подобная волна не обладает продольными составляющими электрического и магнитного полей и называется волной типа . Поскольку вектор Пойнтинга в такой волне совпадает с осью распространения, фазовая скорость волны типа T равна скорости света в среде, заполняющей волновод. Угол падения φ такой волны должен быть равен 90°.

Рисунок 12 – Взаимное расположения векторов Е и Н