Способы возбуждения полей в волноводах

Знание структуры поля волны позволяет наметить способы ее эффективного возбуждения и извлечения переносимой ею электромагнитной энергии. С этой целью волновод связывается с источником и приемником энергии. В качестве элементов связи используются погружаемые в волновод штырь (прямолинейный проводник), петля.

(плоская рамка), а также прорезанные в стенке волновода узкая щель или отверстие.

Каждый из этих элементов связи способен эффективно возбуждать поле заданной волны, если при существующей волне он способен столь же эффективно выводить ее энергию из волновода. Это утверждение является следствием теоремы взаимности. Поэтому удобно рассматривать взаимодействие элементов связи с существующей волной. Конечно, элементы связи нарушают однородность волновода. Однако, приняв, что размеры элементов связи малы по сравнению с длиной волны, можно считать, что они практически не возмущают поле заданной волны при любом их расположении.

Конструктивно штырь и петля обычно выполняются как продолжение внутреннего проводника коаксиальной линии (кабеля). При этом наружный проводник кабеля присоединяется к стенке волновода (рис. 8.16, 8.17).

Рис 8.16. Подключение штыревого элемента возбуждения к волноводу.

Рис. 8.17. Подключение петлевого элемента возбуждения к волноводу.

Наводимая на штыре ЭДС вычисляется по формуле.

где Е — вектор напряженности поля вблизи штыря; dl — элемент его длины.

Как следует из этой формулы, в штыре будет наводиться ЭДС, если он находится в месте, где Е * 0, и если он не перпендикулярен силовым линиям вектора Е (скалярное произведение Edl *0).

Наводимая в петле ЭДС вычисляется по формуле.

Как видно, в петле будет наводиться ЭДС, если она расположена в месте, где Н Ф 0, и если ее плоскость не параллельна силовым линиям вектора Н (скалярное произведение HdS ^0).

Узкая щель, прорезанная в стенке волновода, в зависимости от ее расположения, может быть излучающей и неизлучающей. В первом случае щель должна пересекать (прерывать) линии поверхностного тока волны. Тогда на краях щели возникают быстропеременные во времени заряды, а внутри щели — электрическое (поперек щели) и магнитное (вдоль щели) поля. В каждой точке внутри щели вектор Пойнтинга П перпендикулярен поверхности щели и направлен во внешнюю область. Его величина П = [?_ЩН_Щ].

Рис. 8.18. Правила возбуждения волн в волноводе:

а — штырем; б — петлей; в — щелью Исходя из перечисленных способов отбора энергии, можно сформулировать следующие правила возбуждения волн в волноводе.

• 1. Для эффективного возбуждения заданного поля штырем его следует располагать вблизи пучности электрического поля возбуждаемой волны параллельно электрическим силовым линиям (рис. 8.18, а).
• 2. Для возбуждения заданной волны петлей ее следует располагать вблизи пучности магнитного поля возбуждаемой волны, а плоскость петли ориентировать перпендикулярно магнитным силовым линиям (рис. 8.18, б).
• 3. Для возбуждения заданной волны щелью, прорезанной в боковой поверхности и облучаемой внешним полем, щель следует располагать в пучности поверхностных токов и ориентировать перпендикулярно линиям токов (рис. 8.18, в), а внешнее поле ориентировать так, чтобы его электрическое поле было перпендикулярно оси щели.