Главная страница Случайная страница
КАТЕГОРИИ:
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Исследование распределения электромагнитного поля в поперечном сечении прямоугольного волновода на примере волны Н10.
|
|
Электрическое поле волны Н10 имеет одну составляющую Еу. Зависимость амплитуды напряженности электрического поля от координаты x описывается выражением (3[10.22]):
Отсюда видно, что Ey=max, при 
. Следовательно:
Таблица 3. Результаты расчета электрического поля в поперечном сечении волновода
| x, мм | |||||||||||
| E | |||||||||||
| Ey/Eymax | 0, 233 | 0, 325 | 0, 508 | 0, 725 | 0, 950 | 1, 000 | 0, 900 | 0, 625 | 0, 425 | 0, 308 | 0, 233 |
Рисунок 4. График зависимости Ey/Eymax(x).
Выводы по работе:
В ходе работы были исследованы дисперсионные характеристики прямоугольного волновода. Как видно из графиков λ В(f) и VФ(f), при увеличении частоты уменьшаются длина волны и фазовая скорость в волноводе, что было продемонстрировано и расчетно и экспериментально. По графику зависимости 
видно, электрическое поле волны Н10 имеет составляющую Еу и она максимальна в середине волновода. Это означает, что линии в средней части поперечного сечения располагаются наиболее густо и становятся все более редкими по мере приближения к узким стенкам, на которых напряженность электрического поля равна нулю.
Контрольные вопросы
1. Почему в диапазоне СВЧ не используют для передачи энергии двухпроводные линии и коаксиальный кабель?
Двухпроводные линии передачи используют на низких частотах (1Гц – 10МГц), до тех пор, пока выполняется условие: d < < l, где: d – расстояние между проводами. В случае нарушения этого условия часть электромагнитной энергии в двухпроводной линии начинает излучаться в окружающее пространство, что увеличивает потери в линии передачи.
Для предотвращения излучения электромагнитную энергию необходимо сосредоточить внутри линии передачи. С этой целью, переходят к коаксиальной линии передачи. Для фиксации центрального проводника применяют либо сплошное либо частичное заполнение диэлектриком пространства, между центральным и внешним проводами. В качестве линий передачи коаксиальные линии используются в диапазоне от 10МГц до 3 ГГц. На больших частотах использование коаксиальных линий становится нецелесообразным из-за недопустимо большого затухания электромагнитной волны в диэлектрическом заполнении.
2. Какими достоинствами обладает волновод?
На частотах более 3ГГц в качестве линий передачи используют полые металлические волноводы (прямоугольные, круглые или произвольного сечения). Потери сигнала в них существенно меньше, чем в коаксиальных линиях вследствие отсутствия центрального проводника и диэлектрического заполнения.
Достоинства:
1. Трубка жесткая. Простая конструкция.
2. Фактор диэлектрических потерь исключается.
3. Фактор излучения - исключается.
4. Плотность токов значительно меньше, т.к. они распределены по всем стенкам.
5. Можно передать большие мощности.
3. Какие волны называются электрическими и какие магнитными?
Электрическими (или Е–волнами) называются волны, у которых в продольном направлении существует только составляющая вектора 
, а в поперечном направлении существуют составляющие как так и 
.
Магнитными (или Н–волнами) называются волны, у которых в продольном направлении существует только составляющая вектора , в поперечном направлении существуют обе составляющие электромагнитного поля.
4. Какой смысл имеют индексы m и n в обозначениях Еmn и Нmn при описании полей в прямоугольном волноводе?
Каждой паре чисел m и n соответствуют свои составляющие поля и следовательно своя, строго определенная структура электромагнитного поля. Задав значения m и n можно задать соответственно тип электрической волны: число m определяет число стоячих полуволн по ширине волновода (по оси х), а число n – число стоячих полуволн по высоте волновода (по оси у).
5. Что такое фазовая скорость? Почему Vф в волноводе больше скорости света?
Фазовой скоростью Vф называется скорость перемещения фазового фронта волны вдоль направления распространения волны.
Кажущийся парадокс, что Vф в волноводе больше скорости света, объясняется просто. Утверждение о пределе скорости относится лишь к движению материальных объектов или энергии. В противоположность этому, Vф является скоростью перемещения в пространстве некоторой воображаемой поверхности – плоскости равных фаз.
6. Что такое групповая скорость? Почему она меньше скорости света?
Групповой скоростью Vгр называется скорость переноса энергии (мощности) волны вдоль направления распространения волны. Vгр всегда меньше скорости света, поскольку групповая скорость электромагнитной волны характеризует скорость переноса энергии в волноводе.
7. Почему волна Н10 является основной? Изобразите структуру поля волны Н10.
В волноводе бесчисленное множество волн, но не все эти волны могут распространяться. Распространяются только те, которые удовлетворяют условию λ ген < λ кр. Максимальной λ кр, обладает волна Н10 (λ кр = 2а). У всех других волн критическая длина волны меньше, поэтому волну Н10 называют основной волной в волноводе. Она наиболее часто используется. Изобразим структуру волны Н10 в прямоугольном волноводе в фиксированный момент времени t = 0:
Рисунок. Структура поля волны Н10 в двух проекциях
9. Что такое критическая частота? Рассчитайте критическую частоту данного типа волны для волновода с заданным поперечным сечением.
Если λ раб < λ кр (fраб > fкр), то электромагнитный процесс распространяется в направляющей системе в виде бегущей волны. Если λ раб > λ кр (fраб < fкр), то электромагнитный процесс затухает, распространения волны в направляющей системе не происходит. При распространении E – волн критической частотой называют частоту, отвечающая условию 
.
Для волны E11 волновода с размером a = 28, 5 мм критическая частота равна:
ГГц