Возбуждение и связь волноводов

В регулярном волноводе может существовать бесконечное число типов волн типа TE и TH. Однако для передачи энергии по волноводу применяется ограниченное количество волн – основные волны. Для возбуждения в волноводе необходимого типа волн, частота питающего тока должна соответствовать критической частоте, определяемой размерами волновода и условию существования поля только этого типа. Например для поля (где m=1,2… n=1,2…). Кроме того создаваемое излучателем поле должно иметь составляющие, совпадающие по направлению с соответствующими составляющими возбуждаемого поля в волноводе, а сам излучатель должен быть расположен в месте максимальной величины составляющей возбуждаемого поля. Согласно принципу взаимности, конструкция предназначенная для возбуждения может работать и на прием.

Извлечь (или возбудить) максимальную энергию из волны определенного типа в волноводе можно тремя основными способами:

1. Штырем. В поле волны помещают прямой провод (штырь), так, чтобы он находился в месте, где напряженность электрического поля имеет максимальную величину и ориентирует его в направлении, параллельном направлению вектора напряженности этого поля. При приеме в таком положении, наводимая в штырь ЭДС будет максимальная,

при этом штырь располагается посередине широкой стенки и перпендикулярно к ней, то есть параллельно составляющей .

В круглом волноводе волна возбуждается как показано на рисунке

В коаксиальном волноводе волна возбуждается типа THE

2. Возбуждение петлей(витков). В поле волны помещают виток (петлю) ориентировав ее так, чтобы нормаль к плоскости витка совпадала с направлением вектора напряженности магнитного поля волны. При этом виток должен быть помещен в место максимальной напряженности магнитного поля волны (рис. а).

а)На виток действует максимальная величина ;

б) На виток действует максимальная величина ;

Способ возбуждения TEM волны в коаксиальном волноводе показан на рисунке

3. Возбуждение щелью или отверстием.

В стенках волновода прорезают щель или отверстие. Такой способ можно использовать для передачи электромагнитной энергии из одного волновода в другой, а так же для излучения во внешнее пространство энергии подводимой волноводом. Чтобы излучении имело место щель должна быть перпендикулярна к направлению плотности поверхностного тока вместо его максимальной величины. В один момент времени на щели накапливается положительные заряды, а на другой – отрицательные, в следующий полупериод меняются местами. Эти заряды создают дополнительное электромагнитное поле, в том числе во внешней по отношению к волноводу области (рис. а).

Щель вырезанная параллельно плотности поверхностного тока не будет излучать, так как она мало влияет на распределение этого тока, а следовательно и на напряженность поля (рис. б).

Токи в стенках волновода определяют из условия, что для идеально проводящей стенки линейная плотность поверхностного тока равна тангенсальной составляющей напряженности магнитного поля и направлена перпендикулярна к ней ( ). .

Связь волноводов при помощи щелей приведена на рис.

Кроме рассмотренных способов, возбуждение волновода может быть осуществлено так же с помощью электронных потоков. Этот способ используется главным образом при возбуждении резонаторов.