3.2. Классификация направляемых волн

Направляемыми или собственными волнами НС называются такие электромагнитные волны, структура поля которых не меняется по мере движения волны. Структура поля определяется поведением векторов электромагнитного поля в пространстве.

Собственные волны в НС принято классифицировать по величине фазовой скорости и по структуре векторов и .

По величине фазовой скорости собственные волны в НС подразделяют на медленные (_ф < ₀) и быстрые (_ф > ₀), где ₀ – скорость света в среде, заполняющей направляющую систему. Медленные волны могут распространяться, например, в таких НС как диэлектрический волновод, световод, волноводы поверхностной волны. Быстрые волны могут распространяться, например, в таких НС как двухпроводная линия, прямоугольный, круглый, эллиптический волноводы. В НС, которые имеют как минимум два изолированных провода, могут также распространяться волны, фазовая скорость которых совпадает со скоростью света.

Векторы и собственных волн в НС принято записывать в следующем виде:

, ,

где величины E_z и H_z – продольные составляющие – определяют проекции векторов и собственных волн на направление , которое всегда выбирается так, чтобы оно совпадало с осью направляющей системы, а векторы и – поперечные составляющие – определяют составляющие векторов и собственных волн на плоскости, проходящей перпендикулярно оси направляющей системы.

По структуре векторов и собственные волны в НС подразделяют на следующие четыре класса:

• Т-волны (поперечные электромагнитные волны) – это волны, у которых продольные составляющие векторов электромагнитного поля равны нулю, т.е. Е_z = 0 и Н_z = 0;

• Е или ТН-волны (электрические или поперечно-магнитные волны) – это волны, у которых Н_z = 0, Е_z  0;

• H или ТЕ-волны (магнитные или поперечно-электрические волны) – это волны, у которых Е_z = 0, Н_z  0;

• EH-волны (гибридные или смешанные волны) – это волны, у которых Е_z  0, Н_z  0.

Из приведенной классификации видно, что класс собственной волны определяется наличием у этой волны проекций векторов электромагнитного поля на ось НС, т.е. продольных составляющих.

Отметим следующее:

1. В каждом из классов Е, Н и ЕН-волн имеется бесконечное число собственных волн, которые принято называть типами волн и обозначать через Е_mn, Н_mn, ЕН_mn, где индексы m и n – любые целые числа, например, Е₁₁, Н₁₀. В классе Т имеется только один тип волны – волна типа Т.

2. Фазовая скорость волны типа Т равна скорости света и она может рас­пространяться только в тех НС, по которым возможна передача постоянного тока. Это такие НС, которые имеют, как минимум два изолированных провод­ника (двухпроводная линия, коаксиальный кабель, полосковая линия и др.).

3. Волны классов Е и Н могут распространяться практически во всех вышеперечисленных НС.

4. Волны класса ЕН могут распространяться в диэлектрическом волноводе, световоде и волноводах поверхностной волны.