Учебники 80361

4.5. Еmn -волны в круглых волноводах

Из электрических волн в круглом волноводе низшей является волна Е01 , структура электромагнитного поля

которой представлена на рис. 25. Здесь магнитные силовые линии расположены в поперечных плоскостях и имеют вид замкнутых концентрических окружностей с центром на оси волновода; при этом они охватывают электрические силовые линии, которые начинаются и оканчиваются на цилиндрической поверхности волновода и расположены в продольных плоскостях, проходящих через его ось.

Из графиков, приведенных на рис. 25, видно, что составляющая ЕПРОД имеет максимальное значение на оси

волновода, а Н и ЕПОПЕР - у его стенок.

Распределение поля вдоль поперечных размеров волновода (точнее, вдоль радиусов) носит характер стоячей волны, так как фазовый сдвиг между Н и ЕПРОД равен 90˚.

Распределение поля в продольном направлении носит характер бегущей волны, поскольку Н и ЕПОПЕР совпадают по

фазе.

В направлениях, совпадающих с Н - линиями, поле не изменяется.

Волна Е01 так же, как и волна Н 01 (рис. 23), обладает

круговой симметрией поля, благодаря чему она широко используется в волноводах, предназначенных для применения во вращающихся бесконтактных соединениях в СВЧ трактах радиолокационных станций.

Сравнивая между собой картины полей на рис. 19 и 25, убеждаемся в том, что конфигурация электрических и магнитных силовых линий волн Е11 в прямоугольном

волноводе и Е01 в круглом волноводе во многом одинакова. Более того, волну Е11 можно преобразовать в Е01 путем плавного перехода от прямоугольного сечения волновода к

83

круглому (рис. 26), то есть так же, как и при преобразовании волны Н 10 в Н11 (рис. 22).

При волне Е01 , как и при всех Еmn - волнах, в стенках

волновода протекают лишь продольные токи.

Волны высших порядков возникают при n 2 ; на рис. 27 изображена структура поля волны Е02 .

4.6. Еmn - и Н mn - волны в коаксиальной линии

Из 3.1 известно, что в концентрической линии основной является волна типа Т, на которой линия нормально работает, если ее поперечные размеры не соизмеримы с длиной волны.

Помимо колебаний Т в коаксиальной линии могут возбуждаться и высшие типы волн: электрические и магнитные. Их возникновение возможно в том случае, если вдоль какого-либо размера поперечного сечения будет укладываться целое число длин волн. Такие колебания принято называть нежелательными, или паразитными, так как они часто приводят к нарушению нормальной работы линии.

Различают два вида нежелательных колебаний: радиальные и азимутальные (или периферийные).

Первые из них возникают по диаметру, вторые – по окружности.

Мешающим действием радиальных колебаний обычно можно пренебречь, поскольку их частота значительно выше частот продольных колебаний.

Частоты азимутальных колебаний могут попадать в рабочую полосу, что вызывает искажение поля.

Для нахождения длины волны паразитных колебаний коаксиальную линию рассматривают как прямоугольный волновод, свернутый в кольцо. В этом случае

П 2 ( Д d ) ,

84

где Д - внутренний диаметр внешнего проводника линии; d - внешний диаметр внутреннего проводника.

Рис. 24

85

f MAX - максимальная рабочая частота.

Структура полей некоторых высших типов волн в концентрической линии изображена на рис. 28, из которого видно, что эти поля имеют большое сходство с полями волн в круглом волноводе (рис. 21, 23 и 25), имеющих те же обозначения.

4.7. Структура полей в тройниковых разветвлениях волноводов

Для подключения к одному источнику высокочастотной энергии нескольких нагрузок или для подсоединения нескольких питающих источников к одной нагрузке используют различные волноводные разветвления, из которых наибольшее применение находят так называемые тройниковые разветвления Е - и Н - типа.

Для Е - тройника характерным является то, что плоскость разветвления совпадает с плоскостью, в которой

расположены электрические силовые линии волны Н 10 (рис.

29).

В случае Н - тройника разветвление происходит в плоскости магнитных силовых линий (рис. 30).

Из рассмотрения рис. 29 и 30 структуры поля волны Н 10 в тройниковых разветвлениях можно установить, что они

обладают следующими свойствами. При подведении к плечу Б от генератора высокочастотной энергии последняя распределяется поровну между плечами А и В , причем волны в этих плечах распространяются синфазно в случае Н - тройника и противофазно в случае Е -тройника. Все сказанное справедливо лишь при полной симметрии плеч А и В и нагрузках, одинаковых по величине и характеру. Если же энергию подводить к плечу А (или В ), то она также будет делиться пополам между плечами Б и В (или А ).

88

Рис. 28

89

круглого волновода, в которых возбуждают симметричный тип волны с круговой поляризацией; обычно это Е01 .

Поскольку в волноводном тракте в основном применяются волноводы прямоугольного сечения (в силу их преимуществ: устойчивой плоскости поляризации, большей широкополосности и т.п.), то при наличии вращающихся сочленений приходится осуществлять двойную трансформацию волн: сначала Н 10 преобразуется в Е01 , а

затем Е01 - в Н 10 .

Схематическая конструкция вращающегося соединения и структура поля в нем показаны на рис. 31. Здесь верхняя часть устройства вращается вокруг вертикальной оси, нижняя неподвижна.

Передача энергии из нижнего прямоугольного волновода 1 в круглый (2) и из круглого в верхний прямоугольный волновод 3 осуществляется посредством двух металлических штырей, местоположение и длина которых выбраны так, чтобы обеспечить максимальную электрическую связь между волноводами. С этой целью, как видно из структуры поля, штыри установлены параллельно электрическим силовым линиям в местах с наибольшей их густотой, то есть в середине широких стенок прямоугольных волноводов и по оси круглого волновода.

От короткозамкнутых концов волноводов 1 и 3 штыри

расположены на расстоянии в в 4 , в связи с чем волны,

отраженные от этих концов, будут суммироваться с прямыми волнами в местах размещения штырей, так как фазовый сдвиг между ними окажется равным нулю.

Вращение верхней части соединительного устройства совершенно не влияет на распространение волны в волноводе 2 в силу круговой симметрии электрического и магнитного полей относительно его оси.

91

Рис. 31

92