НазадНа заглавную страницуВперед
Дисциплина: "Техническая электродинамика и устройства СВЧ" 
Раздел: "Анализ электромагнитных процессов"
Тема: "Планарные волноведущие структуры"
 

2.1. Планарные волноведущие структуры 

Планарными, или плоскостными, называют такие волноведущие структуры и устройства, в которых электромагнитное поле не изменяется вдоль одной из трех пространственных координат. Типичный пример планарной структуры √ это полый прямоугольный металлический волновод с волнами Нm0. В нем отсутствует изменение поля вдоль той поперечной к направлению распространения волны координаты, по которой ориентирована стенка волновода, имеющая размеры меньшие половины длины волны l /2, причем l = l 0/(e r m r )1/2 длина плоской волны в среде, заполняющей волновод, l 0 длина волны в свободном пространстве, e r и m r относительные диэлектрическая и магнитная проницаемости материала, заполняющего волновод. Напомним, что длина волны l В в волноводе (с размерами в поперечном сечении а по широкой стенке и b по узкой стенке) для волны Нmn определяется при помощи соотношения:

, где .
(2.1.1)
Индексы m и n (m, n = 0, 1, 2, ...) задают целые числа полуволн, укладывающихся на соответствующих сторонах (a и b) в поперечном сечении волновода. Равенство индекса нулю означает отсутствие вариации поля (его постоянство) по соответствующей координате. Из (2.1.1) очевидно, что должно быть выполнено условие l < l макс. = l кр Для волн типа Hm0 критическая длина волны l кр рассчитывается по формуле (l кр)Hm0 = (2a/m) и, соответственно, (l кр)H10 = 2a.

На рис. 2.1.1 представлены картины распределения силовых линий электрического и магнитного компонентов поля для волны типа Н10 внутри полого прямоугольного металлического волновода, а также плотности поверхностных токов на его внутренних стенках. Волны Нm0 в прямоугольном волноводе имеют только три следующие неравные нулю компоненты электромагнитного поля: Ey, Hx и Нz, и, соответственно, компоненты Ex, Ez, Hy равны нулю.

При заданном на рис. 1.1.1 направлении осей прямоугольной системы координат, очевидно, что силовые линии электрического поля лежат в плоскостях Y0Z, которые перпендикулярны оси X; их называют Е-плоскостями. Силовые линии электрического поля для волны Нm0 оказываются одновременно лежащими как в Е-плоскости, так и в плоскости поперечного сечения волновода X0Y. Силовые линии магнитного поля представляют собою замкнутые петли эллипсоидной формы и лежат в плоскостях X0Z, перпендикулярных оси Y; эти плоскости называют Н-плоскостями.

На практике можно создавать любые, конструктивно сколь угодно сложные, сочленения планарных металлических волноводов. Во внутренней области часто устанавливают металлические, диэлектрические, ферритовые и сегнетоэлектрические вставки произвольной формы. Для анализа распределения электромагнитного поля в подобных системах и для расчета требуемых на практике инженерных параметров (в качестве которых обычно выступают элементы S-матрицы рассеяния) в общем случае необходимо решать сложнейшую трехмерную задачу электродинамики [21, 22].

Рис. 2.1.1. Волна типа H10 в прямоугольном волноводе:
а) силовые линии электрического и магнитного компонентов поля;
б) распределение поверхностных токов

 Ситуация существенно упрощается, если планарная волноводная система имеет чередующиеся изгибы и повороты отдельно в Н- и Е-плоскостях (а не одновременно в обеих), а металлические и диэлектрические вставки насквозь проходят через волновод и ориентированы перпендикулярно к соответствующим Н- и Е-плоскостям. На рис. 2.1.2,а, б показаны геометрические формы волноводных устройств, имеющих неоднородности в Н-плоскости.

  

  

Рис. 2.1.2. Планарные структуры: а) волноводная; б) полосковая

 

НазадНа заглавную страницуВперед