- •Общие положения теории эмп Основные законы электродинамики
- •Материальные уравнения
- •Теорема Остроградского-Гаусса
- •Принцип перестановочной двойственности
- •Лемма Лоренца
- •Глава 1. Упругие волны.
- •§ 1.1. Упругие продольные и поперечные волны.
- •§ 1.2. Характеристики бегущих волн.
- •Глава 3. Электромагнитные волны.
- •§ 1.4. Принцип суперпозиции волн. Групповая скорость.
- •Плоские электромагнитные волны
- •Поляризация волн
- •Частные случаи:
- •Граничные условия для векторов эмп
- •Падение плоских электромагнитных волн на границу раздела двух сред
- •Нормальная поляризация.
- •Угол Брюстера
- •Угол полного внутреннего отражения
- •Рассмотрим более подробно второй закон Снелля
- •Рассмотрим поле во второй среде:
- •Отражение от системы слоёв
- •Усвч (Устройства сверх – высоких частот)
- •Связь между продольными и поперечными составляющими электромагнитного поля
- •Будем полагать:
- •Прямоугольный металлический волновод
- •Структура эмп волны типа Hmn
- •Волна h10.
- •Щель эффективно излучает, если она перерезает линии поверхностного тока.
- •Круглый металлический волновод
- •Коаксиальный волновод
- •Особенности использования коаксиального волновода
- •Полосковые линии передачи
- •Замедляющие системы
- •Линия Губо
- •Диэлектрические волноводы
- •Согласование линий передачи
- •Узкополосное согласование
- •Широкополосное согласование
- •Волноводно-ферритовые элементы
- •Циркуляторы
- •Потери в линиях передачи электромагнитной энергии
- •Коаксиальный волновод:
- •Прямоугольный и цилиндрический волноводы:
- •Кпд линии
- •Возбуждение эм колебаний
- •Элементы свч трактов Волноводные тройники
- •Основные свойства волноводного тройника.
- •Элементы конструкций линий передачи свч
- •1.Неподвижные прямые соединения.
- •2. Подвижные соединения.
- •3.Вращающиеся сочленения.
- •Изгибы и скрутки линий передач свч
- •Емкость можно уменьшить, если уменьшить размер центрального проводника.
Связь между продольными и поперечными составляющими электромагнитного поля
Будем рассматривать производную, бесконечно длинную направляющую систему, ориентированную вдоль оси Z.
Будем полагать:
1. Форма поперечного сечения не зависит от Z - линия однородна, кроме того, параметры среды и граничные условия, которым удовлетворяют поля, не зависят от Z.
2. Направляющая система не вносит потерь.
Мы уже рассматривали направленные волны над границей раздела, характер изменения E и H вдоль продольных и поперечных координат был различным.
Введем два параметра:
1.
Продольное волновое число
.
2.
Поперечное волновое число
т.е.
.
Особенность направляемых волн: комплексная амплитуда каждой из шести проекций векторов Е и Н зависит от пространственных координат по закону:
![]()
Начальную
фазу волны всегда можно подобрать так,
чтобы
-
была действительной.
Производные по Z:
(3.1)
Сторонние источники отсутствуют и поле описывается Уравнениями Максвелла:
![]()
Развернем эти уравнения в декартовой системе координат. Из первого уравнения Максвелла:
;
;
![]()
Из второго уравнения Максвелла:
;
;
![]()
Решим
эти уравнения относительно Е
(например, совместно первое и пятое
уравнение):
;
;
;
(3.2)
Аналогично в любой другой системе координат.
Итак,
достаточно найти лишь две функции для
любой направляющей системы, а остальные
проекции определяют через них
![]()
Прямоугольный металлический волновод
П
рямоугольный
металлический волновод э
то
полая металлическая идеально проводящая
(
)
труба с поперечным сечением прямоугольной
формы.
Будем
полагать, что волновод заполнен средой
с параметрами (воздух)
.
Найдем все типы электромагнитных волн,
которые могут существовать внутри
волновода на всем протяжении оси (как
они созданы пока не рассматриваем).
Волны типа – H:
Для
этих волн характерно
.Тогда из
системы (3.2):
;
;
;
(3.3)
Где
функция
является решением уравнения Гельмгольца
(
- производные только по поперечным
координатам):
,
где
и отыскивается в виде:
.
При решении следует учитывать граничные условия (тангенциальная составляющая Е на металле обращается в 0):
при y = 0, y = b
при x = 0, x = а
При
решении удобнее выразить их через
:
при
у = 0, у = b
при
x = 0, x = а
Таким образом, надо решить краевую задачу Неймана (в ноль обращается производная, иначе Дирихле).
Используем
метод Фурье, представляем
в виде:
,
подставляем его в уравнение Гельмгольца:
,
разделим это уравнение на неизвестное решение:
.
g - не зависит от X и Y, поэтому, чтобы последнее уравнение выполнялось при всех X и Y, надо чтобы:
,
,
где
- некоторые числа удовлетворяющие:
.
Общие решения двух последних уравнений выражаются через гармонические функции:
;
.
Отсюда:
.
Остается
выбрать шесть величин A,
B,
C,
D,
,
так, чтобы выполнялись граничные условия
на стенках волновода.
Граничные условия при X = 0 и Y = 0 будут выполнятся, если А = С = 0.
Произведение двух оставшихся амплитудных коэффициентов можно обозначить через H0 и тогда:
.
Теперь
остается подобрать величины
так, чтобы граничные условия выполнялись
при
X = а и Y = b:
;
;
Где m и n – любые целые положительные числа не равные нулю одновременно (иначе силовые линии магнитного поля Н - незамкнуты и нарушается четвертое уравнение Максвелла).
Краевая задача имеет решения отличные от нуля только при условии:
.
Каждому значению g, (собственное значение) соответствует одно из множества решений уравнений Максвелла, которое в данном случае называют волнойHmn, где m и n – индексы волны данного типа. Физически они означают количества стоячих полуволн, возникающих внутри волновода вдоль координатных осей x и y соответственно.
