- •Міністерство освіти та науки України
- •1 Хвилі в напрямних системах
- •1.1 Класифікація напрямлених хвиль
- •1.2 Поперечне хвильове число
- •1.3 Зв'язок між Es, Hs тa Ez, Hz
- •1.4. Загальні властивості напрямлених хвиль
- •2.1 Хвилі типу е в прямокутному хвилеводі
- •2.2 Круглий хвилевід
- •3 Коаксіальна лінія
- •Перелік посилань
1 Хвилі в напрямних системах
На відміну від хвиль, які вільно розповсюджуються в оточуючому просторі, є такі хвилі, що можуть існувати тільки в присутності деяких напрямних елементів. Це напрямлені хвилі. Сукупність напрямних елементів створює напрямну систему - хвилеводну систему, наприклад хвилеводи. Хвилеводні системи потрібні для передавання енергії е.м.х. від їх джерела до споживача. В зв'язку з цим хвилеводні системи називають також лініями передавання (ЛП) енергії, або коротко - ЛП.
ЛП зветься регулярною (однорідною), якщо її повздовжня вісь є прямою лінією, а поперечний переріз та властивості заповнення не змінюються по довжині.
ЛП повинні задовольняти деяким технічним вимогам. Головні з них:
мала величина сталої втрат;
забезпечення потрібного рівня передаваємої потужності;
масогабаритні визначники (чинники);
економічні критерії;
Не існує універсальних ЛП, які задовольняли б всім цим вимогам у всіх смугах частот, які використовуються в техніці. Навпаки, склалась тенденція розробки нових типів ЛП, які б відповідали вимогам нових частотних діапазонів - міліметрових, субміліметрових хвиль.
Фізичні принципи дії ЛП різні; вони залежать від їх геометро-електричних параметрів та діапазону частот. Типові ЛП зображені на рис. 1.1.
Кожна
з цих ЛП поздовжньо однорідна, тобто не
міняє своїх фізичних властивостей в
одному прямолінійному напрямку, за який
далі будемо приймати напрямок вісі z.
Принцип дії ЛП оснований на концентрації
енергії е.м.х. в деякому об'ємі, тому
розповсюдження е.м.х. в них повинно
відрізнятися по υф,
βх
і т.і. від розповсюдження е.м.х. в вільному
просторі. Е.м.х., які розповсюджуються
в напрямних системах, звуть напрямленими
хвилями. Для класифікації таких хвиль
згадаємо співвідношення між ортами
будь якої ортогональної системи
координат q1,
q2,
q3.
Хай її орти
,
,
,
тоді
як
що
,
причому послідовність обходу повинна бути такою, щоб орти створювали праву трійку.
Далі будемо використовувати декартову та циліндричну системи координат, зображені на рис. 1.2.
Далі розглянемо класифікацію напрямлених хвиль.

Рисунок 1.1 – Типові лінії передавання
Рисунок
1.2 - Системи координат
1.1 Класифікація напрямлених хвиль
Всі співвідношення розглянемо на прикладі декартової системи координат.
Запишемо
вектори
та
покоординатно
з урахуванням залежності від часу
.
(1)
Відмітимо,
що множник
звичайно
не записують, але мають на увазі. Будемо
завбачувати, що вздовж вісі z
всі складові в (1) мають характер біжучої
хвилі, тобто
,
(2)
де q=x,y,z;
-
хвильове
число
в
поздовжньому
напрямку;
-
довжина
хвилі в поздовжньому напрямку ЛП.
Введемо
позначення
;
та назвемо
,
- поперечними складовими векторів
та
,
а тоді
,
-
поздовжні складові векторів. З врахуванням
цих позначень вектори
та
будуть
.
(3)
Вводять таку класифікацію напрямлених хвиль:
1. Поперечньо електромагнітні хвилі (ТЕМ або Т).
Умова:
,
,
,
,
тобто у хвиль ТЕМ можуть
існувати тільки поперечні складові електромагнітного поля. (Згадаємо про плоску хвилю в вільному просторі - у неї теж такі властивості).
2. Поздовжньо електричні хвилі (Е), або поперечньо магнітні хвилі (ТН, ТМ).
Умова:
,
,
,
.
Головна ознака: присутність поздовжньої складової електричного поля Ez.
3. Поздовжньо магнітні хвилі (Н), або поперечньо електричні (ТЕ).
Умова:
,
,
,
.
Головна ознака: присутність повздовжньої складової магнітного поля Hz.
4. Змішані, або гібридні хвилі.
Умова:
,
.
Як ми побачимо далі, всі ці типи хвиль мають різні властивості.
