Электромагнитные волны - Вайнштейн Л.А.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 60. Сочленение прямоугольного волновода с секториальным рупором, расширяющимся в плоскости E
205 * и г/, и называть волну «электрической» или «магнитной» в зависимости от наличия составляющих поля по выбранной оси (см, конец § 41).
По новой классификации магнитные волны Hm0 и Hn0 будут называться иначе. Их название зависит от того, по какой оси (х или у) производится классификация и выбираются составляющие векторов Герца. Вместо вырожденных волн Emn и Hmn (тфО, пф0) новые векторы Герца будут определять некоторые их линейные комбинации.
Легко видеть, что такая классификация волноводных волн может быть приведена в полное согласие с введенными выше наименованиями волн в секториальном рупоре. Для этого нужно характеризовать волны в прямоугольном волноводе с помощью тех же составляющих Пе2 и Ilmz, что и в сочлененном с ним рупоре. Вводя эти составляющие для волновода с секториальным рупором, расширяющимся в плоскости H (см. рис. 59), должны назвать волну Hiо в волноводе «электрической» волной Ею. Делая то же при сочленении волновода с рупором, расширяющимся в плоскости E (см. рис. 60), называем ту же волну «магнитной» волной Hou Введенная терминология соответствует тому факту, что на рис. 59 волноводная волна Ею переходит в рупорную волну Ею, причем при недостаточном согласовании рупора с волноводом (при больших значениях а), помимо отражений, возникают еще волны Eзо, Eso, — Аналогично на рис. 60, помимо превращения волноводной волны HOi в рупорную волну того же названия, возникают еще дополнительные волны H21, Hiu ... в волноводе и рупоре. Амплитуды этих волн при малых углах раствора рупора пренебрежимо малы.
Эти высшие волны возбуждаются в горле рупора. При малых углах раствора а начальные амплитуды высших волн в горле рупора малы из-за сходства полей у основной волны в волноводе и рупоре. Кроме того, в волноводе обычно распространяется только одна волна, и все другие волны в волноводе затухают при удалении от плоскости сочленения. Поперечные размеры рупора вблизи его горла примерно такие же, как и у волновода, поэтому по аналогии с волноводом можно утверждать, что высшие волны в некотором начальном отрезке рупора, примыкающем к горлу, будут также затухающими. Длина этого отрезка тем больше, чем медленнее расширяется рупор, т. е. чем меньше а, так как затухающая волна превращается в распространяющуюся при поперечных размерах рупора, достаточных для распространения данной волны. Чем больше длина этого отрезка, тем больше ослабление затухающей волны в рупоре.
Из сказанного вытекает основное свойство рупора: горло рупора есть фильтр, не пропускающий высшие волны к открытому концу рупора.
Если вместо рупора взять волновод с излучающим отверстием таких же размеров, то теоретически можно получить ту же направленность излучения и даже большую, поскольку поверхности
206 Рис. 61. Коэффициент отражения волны Ню от плавного перехода волновод — рупор: _
а — рупор расширяется в плоскости ?; я=Ь/Л, Л=?./ Vl-(Л/2а)2; б — рупор расширяется в плоскости Н; и=аД
равной фазы у волн в рупоре искривлены и без их дополнительного выпрямления (рупорной линзой) рупор дает менее направленное излучение. Только создавая на излучающей апертуре рупора синфазное поле, можно реализовать направленность, соответствующую размерам апертуры. Однако в широком волноводе практически невозможно возбудить одну волну с простейшей структурой электромагнитного поля; в нем будут распространяться высшие волны, ухудшающие диаграмму направленности. В противоположность этому, благодаря фильтрующему действию горла, к открытому концу рупора приходит практически только основная (простейшая) волна.
Коэффициент отражения волноводной волны от сочленения волновода с рупором обычно мал, но при частоте, приближающейся к критической, по абсолютной величине может быть близок к единице. На рис. 61 дан коэффициент отражения (по полю) для сглаженного перехода волновод — рупор, для резкого перехода (рис. 59 и 60) отражение будет, очевидно, более сильным.
Кривые на рис. 61 показывают, что волны полностью отражаются от горла рупора при критической частоте. При увеличении частоты их коэффициенты отражения быстро спадают до весьма малых значений — тем быстрее, чем меньше угол раствора а. Угол а = 360° соответствует прямоугольному волноводу, зажатому между двумя параллельными плоскостями, частично совпадающими со сторонами а (рис. 61,а) или b (рис. 61,6) волновода.
§ 57*. Электрические и магнитные волны в коническом рупоре
Рассмотрим электромагнитные волны в идеально проводящем коническом рупоре. Для этого введем сферическую систему координат с центром в вершине рупора (рис. 62) так, чтобы по-
207 верхность совпадала со стенкой рупора, и будем рассматривать поле в пространстве, определенном неравенствами
ОСАСу, 0«?<р<2я. (57.01)
Угол у обычно называют углом раствора конического рупора. При исследовании волн в рупоре, очевидно, можно считать у<я/2 (или даже 7<л/3), однако значения у>я/2 также имеют физический интерес, поскольку возникает возможность рассмотреть диффракцию электромагнитных волн на металлическом конусе, расположенном в свободном пространстве (см. гл. XIV). Заметим, что выведенные ниже формулы при уСя/2 и у>п/2 не отличаются по своему внешнему виду; при у = я/2 уравнение #=7 определяет плоскость, а условия (57.01) — полупространство.
