Лабораторная работа № 2. Исследование структуры поля в радиоволноводе

Исследование структуры поля в радиоволноводе

Прямоугольного сечения

Цель работы: ознакомление с особенностями типов волн, распро­страняющихся по волноводному тракту, условиями их распространения, методами возбуждения электромагнитных волн заданного типа на при­мере волн типов H₁₀ и Е₁₁, приобретение навыков качественного исследования структуры волны, исследование качества работы загра­дительных фильтров.

Общие положения

В результате последовательного отражения электромагнитной волны от стенок волновода в последнем образуется структура поля, аналогичная структуре поля над проводящей поверхностью. При этом в поперечном сечении волновода устанавливается стоячая волна по­ля. На поверхности проводящих стенок волновода выполняются гра­ничные условия Е_tg = 0, Е_n ≠ 0, H_tg ≠ 0, H_n = 0, т.е. силовые ли­нии электрического поля перпендикулярны стенкам волновода, а силовые линии магнитного поля параллельны стенкам. Волны, распространяющиеся в волноводах, отличаются наличием или отсутствием электрических или магнитных составляющих поля, ориентированных вдоль продольной оси z. В том случае, если Е_z = 0, H_z ≠ 0, волна называется продольно-магнитной (поперечно-электрической) и обозначается символом Н. Если H_z = 0, E_z ≠ 0, волна называ­ется продольно-электрической (поперечно-магнитной) и обозначает­ся символом Е. В зависимости от количества элементарных структур (полуволн поля), укладывающихся вдоль поперечных размеров волно­вода a (ориентированного вдоль оси x) и b (ориентированного вдоль оси y), различают порядок волны. С учетом порядка волны типы волн обозначаются Н_mn или Е_mn, где m и n – количество полуволн, укладывающихся вдоль размеров а и b соответственно.

Предлагается следующий порядок построения структуры поля в волноводе:

1. Изобразить в виде эпюр количество полуволн, укладывающих­ся вдоль сторон волновода a и b;

2. Изобразить силовые линии поля, лежащие только в попереч­ной плоскости (для волны Н_mn это силовые линии , а для волны Е_mn это силовые линии );

3. Изобразить силовые линии поля, характеризующегося нали­чием как поперечных, так и продольных составляющих.

При изображении структуры поля следует помнить, что и взаимно перпендикулярны в каждой точке пространства и вектор всегда замкнут сам на себя.

Под действием поля в стенках волновода возбуждаются токи проводимости, а в полости волновода – токи смещения. Векторы плот­ности токов проводимости определяются магнитным полем, при­легающим к стенкам волновода так, что и . Векторы плотностей токов смещения по форме совпадают с конфигу­рацией векторов , но сдвинуты относительно них на четверть длины волны в направлении распространения энергии. Условие существова­ния в волноводе волны заданного типа определяется двумя факторами: рабочей длиной волны и методом возбуждения. Электромагнитная волна распространяется по волноводу путем последовательных отра­жений от противоположных стенок. Угол отражения j при этом зави­сит от длины волны генератора и поперечных размеров волновода. При некоторой длине волны генератора угол j = 0, и процесс пере­дачи энергии по волноводу прекращается. Длина волны генератора, при которой прекращается передача энергии, называется критичес­кой длиной волны

, (2.1)

Очевидно, рабочая длина волны должна быть меньше критической (условие прохождения волны). Условие возбуждения волны опре­деляется выбором способа ее возбуждения. Возможны три способа возбуждения:

1. Электрический с помощью электрического зонда;

2. Магнитный с помощью магнитного зонда (петля);

3. Электромагнитный с помощью отверстия связи.

В полости волновода возбуждающий элемент нужно располагать в таком месте волновода и ориентировать таким образом, чтобы возбуждаемое им поле соответствовало струк­туре поля заданной волны.

От критической длины волны зависят значения фазовой скорости, групповой скорости и длины волны в волноводе

(2.2)

(2.3)

(2.4)

Для устранения в волноводе паразитных типов волн, которые могут существовать на рабочей длине волны наряду с возбуждаемым типом волны (например, Н₁₀ при возбуждении волны Е₁₁) исполь­зуют фильтрующие устройства, например, электрические фильтры. Электрический фильтр состоит из набора проводящих стержней, кон­фигурация которых повторяет структуру электрического поля паразит­ной волны. Так как на стержнях фильтра выполняются граничные ус­ловия Е_tg = 0, то фильтр работает как отражающее устройство для волны соответствующего типа.

Поиск по сайту: