Большая техническая энциклопедия
2 4 7
D L N
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я
РА РВ РЕ РО РТ РУ РЫ

Регулярный волновод

 
Отрезок регулярного волновода можно представить как каскадное соединение некоторого числа отрезков единичной длины, Если допустить, что каждый из этих отрезков обладает некоторым затуханием, то общее затухание должно являться экспоненциальной функцией суммарной длины. Другими словами, амплитуды электромагнитных полей в волноводе с потерями должны экспоненциально уменьшаться с ростом длины волновода.
Отрезок регулярного волновода можно представить как каскадное соединение некоторого числа отрезков единичной длины. Если допустить, что каждый из этих отрезков обладает некоторым затуханием, то общее затухание должно являться экспоненциальной функцией суммарной длины. Другими словами, амплитуды электромагнитных полей в волноводе с потерями должны экспоненциально уменьшаться с ростом длины волновода.
В регулярном волноводе рабочая волна распространяется без изменений, без искажений, только уменьшается переносимая мощность. Это уменьшение происходит потому, что из-за конечной проводимости материала стенок часть потока проникает в стенки и теряется на их нагревание.
В регулярном волноводе с идеальными стенками волны ортогональны друг другу, при передаче сохраняют структуру поля, причем каждая волна переносит энергию независимо от других.
Сначала рассмотрим регулярный волновод, в котором отсутствует связь между собственными волнами.
Это соответствует случаю прямолинейного регулярного волновода, когда в нем распространяется только одна падающая волна.
Нормальные волны в регулярном волноводе являются естественным базисом для представления любого решения однородной системы уравнений Максвелла. Для любого электромагнитного поля в регулярном волноводе справедлива следующая теорема о представимости его в виде суперпозиции ТЕ - и ТМ-волн.
Однако уже в классе регулярных волноводов можно наблюдать явление связи волн: вырожденные волны прямоугольного волновода, независимые в волноводе с идеальными стенками, становятся связанными при переходе к хорошо проводящим стенкам. Волны невозмущенной структуры связываются в данном случае за счет конечной проводимости стенок. Заметим, что подобный эффект отсутствует в круглом волноводе.
Как формулируется основная задача теории регулярных волноводов. Какие допущения принимаются при этом.
В предыдущих главах, посвященных теории регулярных волноводов, было показано, что в волноводах может распространяться дискретное множество волн ТЕ и ТМ, причем каждая из них в отдельности при соответственно выбранных - значениях постоянных распространения удовлетворяет граничным условиям на боковой поверхности волновода.
Любое решение однородной системы уравнений Максвелла внутри регулярного волновода представимо в виде суперпозиции полей нормальных ТЕ - и ГМ-волн.
В обоих случаях вместо нерегулярного волновода рассматривается регулярный волновод, в котором выполняется граничное условие, эквивалентное деформации стенок. Эти поля возбуждают паразитные волны, черпающие энергию из рабочей волны.
Так же, как и в случае регулярных волноводов, для объемных резонаторов возможно классифицировать типы колебаний. Более подробно этот вопрос будет изучен в § 12.3. Здесь укажем лишь, что исследуемая совокупность типов колебаний может быть обозначена как Нюр. Такая символика показывает, что поле объемного резонатора порождается волноводным типом колебаний Ню, причем вдоль продольной оси z укладывается р стоячих полуволн.
Грина второй краевой задачи для уравнения Гельмгольца в регулярном волноводе.
Поле в реальном волноводе с деформированными стенками равно полю в регулярном волноводе с учетом электрического поля (5.17), введенного вместо деформации и касательного к воображаемой недеформированной поверхности. Это поле пропорционально величине деформации и продольной составляющей магнитного поля набегающей волны. Тогда электрическое поле на поверхности So отсутствует, а условие (5.17) характеризует фиктивное поле, которое следует задать на поверхности So, чтобы граничным условием заменить деформацию стенок.

Совершенно очевидно, что реальный полноводный тракт не может представлять собой идеально регулярный волновод.
Картина электрического поля вблизи диафрагмы, помещен. Совершенно очевидно, что реальный вэлноводный тракт не может представлять собой идеально регулярный волновод.
Квадратичные соотношения играют важную роль как при рассмотрении особенностей распространения волн в регулярных волноводах, так и при решении широкого круга дифракционных задач, связанных с расчетом конкретных СВЧ-устройств.
Всплески и изломы кривых связаны с появлением новых распространяющихся волн как в регулярном волноводе, так и в канале диафрагмы. С увеличением частоты колебания кривых становятся все менее за-матными и проявляется тенденция выхода их на постоянные уровни, которые можно определить, используя приближение геометрической оптики.
Дроссельное фланцевое соединение.| Схема боковой линии дроссельного фланца.| Графики для расчета радиальной линии дроссельного соединения, а - прямоугольный волновод. б - круглый волновод и коаксиальная линия. Значение предельной мощности фланцевого соединения Р нм указано в процентах относительно предельной мощности регулярного волновода соответствующего сечения.
Однако не вся паразитная мощность поглощается таким образом, поскольку некоторые распространяющиеся в регулярном волноводе типы волн не будут пропускаться конусообразными волноводами. Любые отраженные волны в полосе запирания устройства, кроме того, ослабляются фильтром нижних частот. В обоих приведенных устройствах успешно используются шлейфные направленные ответвители ( см. гл.
Hi)) е г, / 1, 2, - нормальные волны регулярных волноводов с изотропным заполнением, соответствующие регулярным полубесконечным волноводам. Положительным индексам п соответствуют прямые волны, распространяющиеся в положительном направлении оси z, отрицательным значениям индексов п - обратные волны.
Ленточные диафрагмы различной конфигурации в изломе волновода н соответствующие кривые Й7ц ( л ( 1 - 4. В многомодовом режиме ленточные препятствия в изломе волновода позволяют управлять модовым составом поля в регулярных волноводах. Показательно, что в данном случае узкая лента фактически выполняет роль зонда.
Однако не вся паразитная ( мощность поглощается таким образом, поскольку некоторые распространяющиеся в регулярном волноводе типы волн не будут пропускаться конусообразными волноводами. Любые отраженные волны в тол осе запирания устройства, кроме того, ослабляются фильтром нижних частот. В рабочем диапазоне частот трехдецибельного направленного ответви-теля получается относительно хорошее согласование, хотя за пределами этого диапазона может наблюдаться значительное рассогласование. В обоих приведенных устройствах успешно используются шлейфные направленные ответвители ( см. гл.
Приведенная схема метода Галеркина использует естественные координатные функции ofn, связанные с представлением решения в полубесконечных регулярных волноводах.
Во втором случае получаются амплитуды волн, распространяющихся ( начиная с данного поперечного сечения) в регулярном волноводе, ось которого совпадает с касательной к оси реального волновода. Если справедливо неравенство (7.18), то отличие первого и второго волноводов сравнения и волн в них невелико, и результаты практически совпадают. Если же нерегулярный волновод составляет с прямой конечный угол, то эти волноводы и волны в них существенно отличаются друг от друга.

Поскольку волновод представляет собой неограниченную область с границей, уходящей в бесконечность, для однозначной постановки задачи возбуждения регулярного волновода следует сформулировать условия излучения, обеспечивающие отсутствие волн, приходящих из бесконечности. Эти условия, получившие название парциальных условий излучения, можно получить из принципа предельного поглощения.
Можно провести некоторую аналогию между резо-нансами в Г - соединениях и на запертых модах, возбуждаемыми в конечных отрезках регулярных волноводов увеличенного сечения в тех случаях, когда в этих отрезках распространяется большее количество волн, чем в подводящих волноводах ( см. гл. Действительно, в момент резонанса эффективный объем области связи как бы расширяется за счет проникновения поля в волноводные районы, о чем свидетельствует рис. 145, а эквивалентные границы резонансной области становятся такими, что выполняются условия для распространения тех волн, для которых плечи соединения запредельные. Именно эти волны и образуют резонансное колебание незамкнутой области Т - соединения с добротностью, зависящей от величины потерь на связь с распространяющимися волнами регулярных волноводов.
Линейные непрерывные антенны с вытекающей волной. Существует два вида вытекающих волн, представляющих наибольший интерес; распределение поля в первом виде соответствует волне ТЕ01 в регулярном волноводе, а распределение поля во втором виде соответствует волне ТМП.
Таким образом, для определения коэффициента связи по формуле (3.3.3) необходимо знать поля собственных волн на границе раздела в регулярном волноводе сравнения ( § 3.1) и функцию ст ( s), характеризующую отклонение реального волновода в данном поперечном сечении от регулярного волновода. Естественно что для регулярного волновода а 0 и, стало быть, коэффициенты связи SjV также равны нулю.
Постоянная распространения h ( z) в каждом поперечном сечении волновода со вставкой будет такой же, как и в регулярном волноводе, частично заполненном диэлектриком, если степень заполнения регулярного волновода и рассматриваемого поперечного сечения одинакова.
В данном параграфе приводятся результаты исследования равномерно-изогнутых волноводов на основе метода поперечных сечений [90], в котором используют только поперечные собственные функции регулярных волноводов. При расчете изогнутых волноводов сложных сечений полагаем, что изгибы выполнены по дуге окружности и стенки волноводов идеально проводящие.
Зависимости собственной добротности ВДР от частоты. При этом, как уже отмечалось выше, различают резонансы двух типов: полуволновый на основном типе волны и на высших типах волн, для которых регулярный волновод является запредельным.
В отличие от усеченных изломов геометрия двойных уголковых неоднород-ностей характеризуется наличием четырех угловых точек, при этом два внутренних нерегулярных треугольных района разделены между собой отрезком регулярного волновода, ширина которого в общем случае не совпадает с ширинами входного и выходного плеч. В данном параграфе рассматриваются Я-плоскостные неоднородности этого класса: двойные изломы и перископические соединения волноводов.
Полосно-пропускающая фильтрующая структура на основе ВДР 3В ( рис. 11.1) представляет собой электродинамическую систему в виде отрезка запредельного волновода, который включен между входным и выходным регулярными волноводами с распространяющейся волной и содержит N плоских ДЭ.
Из описанных в первой главе разновидностей волноводно-диэлектрических резонаторов ( ВДР) здесь рассмотрим подробнее полевые, частотные и энергетические характеристики нескольких конструкций ВДР с диэлектрическими элементами в запредельных и регулярных волноводах. На основе проведенных исследований и практического опыта работы с ВДР изложим рекомендации по их применению в устройствах СВЧ.
ДЭ вдоль волновода; ер - относительная диэлектрическая проницаемость ДЭ; Яр - длина волны в свободном пространстве, соответствующая резонансной частоте ВДР; ркр - критическое значение поперечного-волнового числа регулярного волновода.
Постоянная распространения h ( z) в каждом поперечном сечении волновода со вставкой будет такой же, как и в регулярном волноводе, частично заполненном диэлектриком, если степень заполнения регулярного волновода и рассматриваемого поперечного сечения одинакова.
Математическая задача определения нормальных волн в регулярном акустическом волноводе ставится как задача определения решений уравнения Гельмгольца (1.1), удовлетворяющих условию (1.2) на боковой поверхности S, ограниченных во всем объеме регулярного волновода и представляющих собой волны, распространяющиеся вдоль оси волновода.

Таким образом, для определения коэффициента связи по формуле (3.3.3) необходимо знать поля собственных волн на границе раздела в регулярном волноводе сравнения ( § 3.1) и функцию ст ( s), характеризующую отклонение реального волновода в данном поперечном сечении от регулярного волновода. Естественно что для регулярного волновода а 0 и, стало быть, коэффициенты связи SjV также равны нулю.
Сравнительный анализ фазочастотных зависимостей для элементов матрицы рассеяния тройников ( рис. 142, б и 139, в) приводит к выводу, что для Я-плоскостных тройников функции argSf / x) изменяются значительно быстрее с увеличением частоты ( плоскости отсчета arg Si / и argS oo совпадают с апертурами регулярных волноводов) и в большем интервале значений.
Таким образом, для определения коэффициента связи по формуле (3.3.3) необходимо знать поля собственных волн на границе раздела в регулярном волноводе сравнения ( § 3.1) и функцию ст ( s), характеризующую отклонение реального волновода в данном поперечном сечении от регулярного волновода. Естественно что для регулярного волновода а 0 и, стало быть, коэффициенты связи SjV также равны нулю.
Таким образом, каждая из упомянутых волн может существовать в отдельности и независимо от существования других типов волн. Другими словами, теория регулярного волновода не может дать ответа на вопрос о том, какие же типы волн и в каких амплитудных соотношениях имеются в действительности. Неопределенность решения задачи здесь вызвана тем, что граничные условия были заданы лишь частично, а именно на регулярной боковой поверхности волновода.
Рассмотрим случай идеальной проводимости боковой поверхности R. В этом случае в регулярном волноводе существует счетная система нормальных волн, которая распадается на две подсистемы ТЕ - и ГМ-волн.
Нормальные волны в регулярном волноводе являются естественным базисом для представления любого решения однородной системы уравнений Максвелла. Для любого электромагнитного поля в регулярном волноводе справедлива следующая теорема о представимости его в виде суперпозиции ТЕ - и ТМ-волн.
Во все формулы § 12, характеризующие статистические свойства потерь Qj ( z, К) и дополнительного набега фазы ( pi ] ( z, К) [ за исключением формулы (12.16) ], входит лишь один обобщающий Статистический параметр - среднее значение QJZ потерь на преобразование рабочей волны в / - ю паразитную. Остальные параметры в этих формулах являются параметрами регулярного волновода.
Линии равных значений U7j ( sin 750 - 1.| Частотная зависимость энергий Я10 - волн прошедшего поля для двойного излома квазиоптического типа ( Z, 2tg60, h ( 2 sin 600 1. Очевидно, что установленная закономерность присуща более широкому кругу задач. Она может проявляться в тех случаях, когда в одномодовый регулярный волновод включены неоднородности, имеющие поперечные электрические размеры, большие по сравнению с длиной волны, даже если в продольном направлении протяженность неоднородностей весьма мала, но нерегулярная область которых обладает ненулевым объемом. Такие неоднородности всегда можно представить как предел некоторых более сложных структур с внутренней регулярной областью, в которой возможно существование запертых мод.
К простейшим неоднородностям координатно-плоскостного типа относятся ступенчатые сочленения волноводов разных поперечных сечений, бесконечно тонкие диафрагмы, диафрагмы конечной толщины и пр. В отличие от уголковых ступенчатые неоднородности не изменяют направление оси тракта, отдельные регулярные волноводы непосредственно примыкают друг к другу, что значительно упрощает решение соответствующих краевых задач дифракции. Количество публикаций, посвященных анализу свойств этих неодно-родностей в круглых, прямоугольных и плоскопараллельных волноводах, весьма велико и труднообозримо.
Для некоторых конструкций устройств используется связь ДР одновременно с регулярным и запредельным волноводами. При: этом наличие отрезка запредельного волновода приводит к уменьшению амплитуды поля регулярного волновода в месте расположения ДР и, следовательно, к уменьшению его связи с регулярным волноводом. Электродинамический расчет связи в такой: структуре сложен, поэтому в ряде случаев можно воспользоваться экспериментальным нахождением коэффициентов связи или. В этой работе были проведены эксперименты по определению степени обусловленного влиянием запредельного волновода уменьшения амплитуды магнитного поля / гв прямоугольного регулярного волновода.
 
Loading
на заглавную 10 самыхСловариО сайтеОбратная связь к началу страницы

© 2008 - 2014
словарь online
словарь
одноклассники
XHTML | CSS
Лицензиар ngpedia.ru
1.8.11