Волноводы с волнами типа Т. Лекция 11

Сентябрь 5, 2022

Главная
Физика
Волноводы с волнами типа Т. Лекция 11

Содержание

2. Электромагнитные поля и волны. Лекция 11). 1 Коаксиальный волновод Рисунок 2.1 – Геометрия коаксиального волновода Распространяющиеся
3. а б в Рисунок 2.2 – Структура полей в коаксиальной направляющей системе: а – волна Т;
4. Нахождение компонент поля волны Т. Учитывая вид решения уравнений (2.1), уравнения Гельмгольца сводятся к уравнениям Лапласа:
5. Электромагнитные поля и волны. Лекция 11). и полном токе: (2.5) Волновое сопротивление коаксиальной линии: (2.6) Для
6. Электромагнитные поля и волны. Лекция 11). а б Рисунок 2.3 – Геометрия микрополосковых линий: а –
7. Электромагнитные поля и волны. Лекция 11). Применение: в технике СВЧ при разработке печатных и интегральных плат.
8. Электромагнитные поля и волны. Лекция 11). Таблица 2.1 – Соотношения для вычисления волновых сопротивлений полосковых линий
9. Электромагнитные поля и волны. Лекция 11). 3 Линии поверхностных волн. Замедляющие структуры Линии поверхностной волны: металлическая
10. Электромагнитные поля и волны. Лекция 11). Рисунок 2.6 – Структура поля металлического экрана с диэлектриком Описание
11. Электромагнитные поля и волны. Лекция 11). Характеристики поверхностной волны Полное внутреннее отражение на границе диэлектрик-воздух прекращается,
12. Электромагнитные поля и волны. Лекция 11). Решение системы (2.8): , (2.10а) , (2.10б) где . Поперечные
13. Электромагнитные поля и волны. Лекция 11). Канавки в металле Рисунок 2.7 – Геометрия гофры Каждая канавка
14. Электромагнитные поля и волны. Лекция 11). Поле Н-волны (ТЕ-волны) Поверхностный импеданс емкостной : (2.13) Низший тип
15. Электромагнитные поля и волны. Лекция 11). Наиболее часто используемый диэлектрический волновод – круглый. Распространяемые типы волн
16. Электромагнитные поля и волны. Лекция 11). Волна основного типа – ЕН10. Внутри диэлектрического стержня имеет такую
17. Электромагнитные поля и волны. Лекция 11). Волна основного типа – ЕН10. Внутри диэлектрического стержня имеет такую
18. Электромагнитные поля и волны. Лекция 11). Световоды образованы из двухслойного (плакированного) стеклянного волокна с различными коэффициентами
20. Скачать презентацию

Слайд 2

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11).
1 Коаксиальный волновод
Рисунок 2.1 –

Геометрия
коаксиального волновода
Распространяющиеся типы волн: Т, Е, Н.
Определение основного типа волны.
Уравнения Гельмгольца для волны Т:
, . (2.1)
Нетривиальное решение: , , ,
следовательно, данная волна является наинизшей.
Коэффициент фазы и фазовая скорость совпадают с аналогичными показателями в свободном пространстве.

Слайд 3

а б в
Рисунок 2.2 – Структура полей в коаксиальной
направляющей системе:

а – волна Т;
б - волна Н; в – волна Е

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11).

Слайд 4

Нахождение компонент поля волны Т.
Учитывая вид решения уравнений (2.1), уравнения Гельмгольца

сводятся к уравнениям Лапласа:
, . (2.2)
Поле, удовлетворяющее уравнениям Лапласа, является потенциальным.
Решение уравнений (2.2) имеет вид:
, . (2.3)
Потенциальный характер поля позволяет говорить о напряжении в коаксиале
(2.4)

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11).

Слайд 5

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11).
и полном токе:
(2.5)
Волновое сопротивление

коаксиальной линии:
(2.6)
Для волн Е- и Н- решение аналогично полученному для круглого волновода.
Поле первого высшего типа – Н11. Для него
Условие одноволнового режима:

Слайд 6

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11).
а б
Рисунок 2.3 – Геометрия микрополосковых

линий:
а – несимметричная линия; б – симметричная линия
Рисунок 2.4 – Распределение силовых линий

2 Полосковые и микрополосковые линии

Слайд 7

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11).
Применение: в технике СВЧ при разработке

печатных и интегральных плат.
Конструктивное исполнение: На основе диэлектрических пластин, покрытых металлической фольгой толщиной 10…100мкм. Диэлектрические пластины, на которые наносят фольгу, называют подложкой.
Особенность распространения волн: Из-за неоднородности диэлектрика волны типа ТЕМ не могут распространяться в чистом виде. Поля и поток мощности сосредоточиваются главным образом в диэлектрике между токонесущим проводником и заземленной пластиной. Поэтому волну называют квази-Т-волна.
Недостаток: сравнительно большое затухание и малые значения пропускной мощности.
Практические расчеты проводят по приближенным формулам.

Слайд 8

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11).
Таблица 2.1 – Соотношения для вычисления

волновых сопротивлений полосковых линий

Слайд 9

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11).
3 Линии поверхностных волн. Замедляющие структуры

Линии поверхностной волны:
металлическая плоскость, покрытая слоем диэлектрика,
диэлектрические и оптические волноводы.
Металлическая плоскость со слоем диэлектрика.
Рисунок 2.5 – Геометрия конструкции

Слайд 10

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11).
Рисунок 2.6 – Структура поля
металлического экрана

с диэлектриком
Описание структуры поля
1 среда – диэлектрик с относительной
диэлектрической проницаемостью .
2 среда – воздух с относительной
диэлектрической проницаемостью .
Волновые уравнения для данных сред:
в диэлектрике ( ): (2.8а)
над слоем ( ): (2.8б)
где , .

Слайд 11

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11).
Характеристики поверхностной волны
Полное внутреннее отражение на

границе диэлектрик-воздух прекращается, когда парциальная волна ТЕМ падает на границу под углом, меньшим критического. Аналогично в направляющей системе. Возникает ограничение на частоты, на которых может распространяться поверхностная волна:
(2.9)
Выбор вида решения системы (2.8) основывается на следующем:
на поверхности металла касательная составляющая электрического поля равна нулю;
в диэлектрике по нормали к границе раздела сред должна образовываться стоячая волна;
в пространстве над диэлектриком амплитуда поля по нормали к границе раздела сред должна убывать по экспоненциальному закону.

Слайд 12

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11).
Решение системы (2.8):
, (2.10а)
,

(2.10б)
где .
Поперечные составляющие находятся из решения трансцендентного уравнения:
(2.11)
Частота, при которой , называется критической.
Поверхностное сопротивление (импеданс):
. (2.12)
Пока выполняется неравенство (2.9) импеданс будет реактивным (индуктивным) по характеру сопротивления. Это означает, что у распространяющейся волны сдвиг фаз между Е и Н 90 град.

Слайд 13

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11).
Канавки в металле
Рисунок 2.7 –

Геометрия гофры
Каждая канавка - как коротко-
замкнутый отрезок линии
длиной d.
Если d <λ/4, то входное сопротивление чисто реактивное и носит индуктивный характер. Вдоль структуры распространяется поверхностная электрическая волна.
В силу (2.9) β

Слайд 14

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11).
Поле Н-волны (ТЕ-волны)
Поверхностный импеданс емкостной

: (2.13)
Низший тип волн – волна, у которой (2.14)
Критическая длина волны: (2.15)
Упрошенные выражения для нахождения величины поверхностного импеданса:
для слоя диэлектрика на металле:
для гребенчатой структуры (гофры):

Слайд 15

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11).
Наиболее часто используемый диэлектрический волновод –

круглый.
Распространяемые типы волн – гибридные (имеющие все 6 компонент).
Критическая частота волны в диэлектрическом волноводе имеет другой смысл, чем в полом волноводе:
При длине волны меньше критической происходит не экспоненциальное затухание энергии, а энергия начинает излучаться в свободное пространство (т.е. не удерживается на стержне).

4 Диэлектрические волноводы. Оптические волноводы и световоды

Слайд 16

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11).
Волна основного типа – ЕН10. Внутри

Слайд 17

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11).
Волна основного типа – ЕН10. Внутри

диэлектрического стержня имеет такую же структуру, что и волна Н11 круглого волновода. В литературе ее называют волной НЕ11.
Распространяется на всех частотах.
Имеет бесконечно большую критическую частоту.
Критическая длина волны ближайшего высшего типа волн:
(2.16)
d – диаметр стержня.
В сантиметровом диапазоне параметры диэлектрических линий передачи хуже, чем полых волноводов.
Целесообразно применять начиная c диапазона миллиметровых волн и кончая диапазоном световых волн.
Рисунок 2.10 - Структура поля волны НЕ11.

Слайд 18

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11).
Световоды образованы из двухслойного (плакированного) стеклянного

волокна с различными коэффициентами преломления.
Поверхностная волна возникает за счет эффекта полного внутреннего отражения на поверхности внешнего слоя, и не достигая практически наружной границы, концентрируется внутри световода.
Рисунок 2.11 - Конструкция оптоволоконного кабеля

Волноводы с волнами типа Т. Лекция 11

Содержание

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11).1 Коаксиальный волновод Рисунок 2.1 –

а б в Рисунок 2.2 – Структура полей в коаксиальной направляющей системе:

Нахождение компонент поля волны Т.Учитывая вид решения уравнений (2.1), уравнения Гельмгольца

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11).и полном токе: (2.5)Волновое сопротивление

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11).а б Рисунок 2.3 – Геометрия микрополосковых

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11).Применение: в технике СВЧ при разработке

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11).Таблица 2.1 – Соотношения для вычисления

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11).3 Линии поверхностных волн. Замедляющие структуры

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11).Рисунок 2.6 – Структура поляметаллического экрана

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11).Характеристики поверхностной волныПолное внутреннее отражение на

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11).Решение системы (2.8): , (2.10а) ,

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11). Канавки в металлеРисунок 2.7 –

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11). Поле Н-волны (ТЕ-волны)Поверхностный импеданс емкостной

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11).Наиболее часто используемый диэлектрический волновод –

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11).Волна основного типа – ЕН10. Внутри

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11).Волна основного типа – ЕН10. Внутри

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11).Световоды образованы из двухслойного (плакированного) стеклянного

Похожие презентации

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11).
1 Коаксиальный волновод
Рисунок 2.1 –

а б в
Рисунок 2.2 – Структура полей в коаксиальной
направляющей системе:

Нахождение компонент поля волны Т.
Учитывая вид решения уравнений (2.1), уравнения Гельмгольца

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11).
и полном токе:
(2.5)
Волновое сопротивление

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11).
а б
Рисунок 2.3 – Геометрия микрополосковых

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11).
Применение: в технике СВЧ при разработке

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11).
Таблица 2.1 – Соотношения для вычисления

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11).
3 Линии поверхностных волн. Замедляющие структуры

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11).
Рисунок 2.6 – Структура поля
металлического экрана

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11).
Характеристики поверхностной волны
Полное внутреннее отражение на

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11).
Решение системы (2.8):
, (2.10а)
,

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11).
Канавки в металле
Рисунок 2.7 –

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11).
Поле Н-волны (ТЕ-волны)
Поверхностный импеданс емкостной

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11).
Наиболее часто используемый диэлектрический волновод –

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11).
Волна основного типа – ЕН10. Внутри

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11).
Волна основного типа – ЕН10. Внутри

Электромагнитные поля и волны. Лекция 11).
Световоды образованы из двухслойного (плакированного) стеклянного