- •Лекции по курсу «Электродинамика и распространение радиоволн»
- •Лекция 9
- •Примеры линий передачи
- •Лекция 10
- •Распространение между двумя проводящими плоскостями
- •Падение плоской волны с параллельной поляризацией
- •Падение плоской волны с перпендикулярной поляризацией
- •Классификация направляемых волн
- •Фазовая скорость направляемых волн
- •Типы волн в волноводах
- •Критическая длина волны
- •Связь между продольными и поперечными составляющими поля
- •Лекция 11
- •Прямоугольный металлический волновод
- •Постановка задачи
- •Волны типа е в прямоугольном волноводе
- •Вычисление критической длины волны и длины волны в волноводе
- •Лекция 12
- •Волны типа н в прямоугольном волноводе
- •Волна типа
- •Лекция 13
- •Токи на стенках прямоугольного волновода
- •Излучающие и неизлучающие щели
- •Выбор размеров поперечного сечения прямоугольного волновода из условия одноволновой передачи
- •Волноводы п- и н-образной формы
- •Характеристические сопротивления волноводов
- •Круглый металлический волновод
- •Постановка задачи
- •Волны типа е в круглом волноводе
- •Волны типа н в круглом волноводе
- •Лекция 14
- •Линии передачи с волнами тем
- •Коаксиальная линия передачи
- •Волновое сопротивление
- •Полосковые линии передачи
- •Симметричная полосковая линия
- •Несимметричная полосковая линия
- •Лекция 15
- •Микрополосковая линия
- •Щелевая полосковая линия
- •Линии поверхностной волны
- •Световоды
- •Квазиоптические направляющие системы
- •Замедляющие системы
- •Объемные резонаторы
- •Объемный резонатор, образованный отрезком прямоугольного волновода
- •Общая задача о колебаниях в прямоугольном резонаторе. Классификация типов колебаний
- •Круглые объемные резонаторы
- •Некоторые способы возбуждения и включения объемных резонаторов
- •Добротность объемных резонаторов
- •Некоторые другие типы объемных резонаторов
- •Лекция 16
- •Решение неоднородных уравнений Максвелла
- •Векторный и скалярный потенциалы электромагнитного поля
- •Калибровка потенциалов. Неоднородное уравнение Гельмгольца
- •Решение неоднородного уравнения Гельмгольца
- •Элементарный электрический излучатель
- •Векторный электрический потенциал для элементарного электрического излучателя
- •Составляющие электромагнитного поля
- •Ближняя и дальняя зоны элементарного электрического излучателя
- •Диаграмма направленности элементарного электрического излучателя
- •Вычисление излученной мощности. Сопротивление излучения
- •Понятие о магнитном токе
- •Принцип перестановочной двойственности
- •Элементарный щелевой излучатель
Волны типа н в круглом волноводе
При исследовании колебаний магнитного
типа нужно опираться на уравнение
Гельмгольца для составляющей
:

Разыскивая решение этого уравнения в виде
![]()
и вводя поперечное волновое число
,
приходим к уравнению

В случае волн
-типа
электрическое поле имеет только
поперечные составляющие, из которых
только составляющая
касательна к стенке волновода. Поскольку
,
граничные условия принимают вид
.
Таким образом, исследование распространения волн магнитного типа в круглом металлическом волноводе сводится к решению однородной краевой задачи Неймана для уравнения Гельмгольца.
Данная задача решается методом разделения
переменных. Как и в случае волн
-типа,
частное решение, имеющее
вариаций по углу
,
запишется в виде

Для нахождения неизвестного поперечного волнового числа вычислим частную производную

Граничные условия будут тождественно
выполнены, если
.
Это равенство, рассматриваемое как
уравнение относительно
,
имеет бесконечное число корней,
обозначаемых здесь как
.
Таким образом, краевая задача, описывающая
распространение волн магнитного типа,
имеет бесконечное множество нетривиальных
решений, причем для каждого из этих
решений
,
т.е.
.
Итак, продольная составляющая магнитного
поля для колебания типа
в круглом волноводе принимает вид
.
Основные расчетные формулы остаются теми же, что и для волн электрического типа:
,
,
.
Поперечные составляющие полей для волн
магнитного типа находятся на основании
формул перехода. Так, например, для часто
используемой волны типа
имеем:
,
,
,
,
,
.
Картина поля, построенная на основании
этих соотношений, показана на рисунке.
Она полностью совпадает с той, которая
была получена путем непрерывной
деформации прямоугольного волновода
с волной типа
.

− Картина силовых линий электромагнитного поля волны типа
в круглом волноводе
Большой интерес представляет также
колебание
− простейшая симметричная магнитная
волна в круглом волноводе. Составляющие
поля для волны этого типа имеют следующий
вид:

Лекция 14
Линии передачи с волнами тем
Раньше, при классификации волн в линиях передачи, было указано на существование особого класса решений уравнений Максвелла, для которых характерно отсутствие продольных составляющих как электрического, так и магнитного векторов. Волны подобного вида при ято называть поперечными электромагнитными волнами или, сокращенно, ТЕМ-волнами.
Простейшим примербм волны типа ТЕМ
может служить переменное электромагнитное
поле, образующееся в волноводе из двух
проводящих плоскостей при распопстранении
плоской электромагнитной волны, имеющей
параллельную поляризацию и падающей
под углом
(рисунок Рисунок 33 ). Обращает на себя
внимание тот факт, что данное поле по
своей конфигурации полностью совпадает
с однородной плоской волной: роль
идеально проводящих стенок сводится
лишь к локализации поля в пространстве.


−Волна типа ТЕМ в пространстве между двумя проводящими плоскостями
Отметим некоторые основные свойства волн типа ТЕМ.
Поскольку граничные условия для вектора
в изображенной линии передачи
удовлетворяются автоматически, структура
поля не зависит от расстояния между
плоскостями и от длины волны. Следовательно
![]()
т. е. система пропускает колебания всех частот вплоть до постоянного тока.
Механизм распространения волны типа ТЕМ не связан с явлениями многократных отражений от стенок. Поэтому
.
Здесь под
в общем случае следует понимать длину
однородной плоской волны в заполняющем
диэлектрике.
Характеристическое сопротивление волны типа ТЕМ, обозначаемое как
и равное отношению амплитуды электрического
поля к амплитуде магнитного поля,
совпадает с аналогичной величиной,
вычисленной для однородной плоской
волны в неограниченном пространстве.
Действительно,
.
В круглом и прямоугольном волноводах
волны типа ТЕМ не могут существовать.
Это утверждение можно обосновать
так: предположим, что в волноводе
распространяется волна, у которой
векторы
и
лежат в поперечной плоскости. Силовые
линии вектора
,
являясь замкнутыми, должны охватывать
линии тока. Но токи проводимости
отсутствуют, поскольку внутри волновода
проводников нет. Значит, током может
быть только продольный ток смещения.
Поэтому должна иметься продольная
составляющая вектора
,
т.к.
.
Следовательно, ТЕМ-волна (волна без
продольной составляющей вектора
)
в волноводе не может распространяться.
Из этих рассуждений ясно, что для
существования ТЕМ-волны в замкнутой
направляющей системе необходимо, чтобы
последняя состояла не менее чем из двух
изолированных друг от друга проводников,
по которым может протекать ток
проводимости. Этому условию удовлетворяют
следующие линии:
Коаксиальная;
Двух- и многопроводная;
Полосковая.
