3. Волноводные узлы и элементы

Глава 13. ЭЛЕМЕНТЫ ВОЛНОВОДНОГО ТРАКТА

13.1. Основные понятия

Устройство, предназначенное для выполнения той или иной функции (например, возбуждения, передачи, разделения, преобразования структуры поля электромагнитных волн, модуляции, детектирования, фильтрации электромагнитного сигнала), называют волноводным узлом. Волноводные узлы, как правило, представляют собой отдельный конструктивный блок с одним, двумя или более плечами. В теории электрических цепей такое устройство называют многополюсником.

Каждый ввод в узел или вывод из него называют плечом. Такой ввод выполняется в виде линии передачи любого типа. Аналогом плеча в теории цепей служат два полюса.

Комплекс волноводных узлов и участков волноводов, соединяющий, например, антенну с генератором и приемником, образует волноводный тракт,

Любая составная часть волноводного узла со специфическими свойствами называется волноводным элементом. Это, например, элементы связи, возбуждающие поле: штыри, петли, щели. Каждый волноводный элемент создает в направляющей системе нерегулярность (см. параграф 9.3).

Рассмотрим взаимодействие волны с нерегулярностью. Пусть что волноводу распространяется волна определенного типа, которую считаем падающей. Она создает в нерегулярности токи проводимости или смещения, пространственное распределение которых зависит от структуры волны и формы нерегулярности. Эти токи рассматриваются затем как сторонние, возбуждающие в волноводе множество распространяющихся типов волн и реактивное поле вблизи нерегулярности, а именно:

— отраженную от нерегулярности волну того же типа, что и падающая; ее величину характеризуем коэффициентом отражения от рассматриваемого элемента;

— прошедшую волну, амплитуда и фаза которой изменены нерегулярностью по сравнению с амплитудой и фазой падающей; величину прошедшей волны характеризуем коэффициентом прохождения; в ряде случаев эту волну удобно рассматривать как сумму волн: исходной, не взаимодействовавшей с нерегулярностью, и вторичной, созданной токами в нерегулярности;

— волны других типов, возникающие в многомодовых волноводах в результате частичного преобразования падающей волны; они распространяются по волноводу в обе стороны от нерегулярности; их величины характеризуются коэффициентами преобразования;

— ближнее реактивное электромагнитное поле около нерегулярности создается за счет нераспространяющихся волн высших порядков, для которых данный волновод является запредельным; для них характерно экспоненциальное уменьшение электромагнитного поля при удалении от нерегулярности, причем коэффициент ослабления а, согласно ф-лам (9.66), (9.67), пропорционален соответствующей волны.

Большое число нерегулярностей можно рассматривать независимо друг от друга только в том случае, если расстояние между ними больше, чем протяженность реактивных полей. В противном случае, между нерегулярностями возникают взаимные связи через поля высших порядков.

Однолюдовую направляющую систему часто представляют в виде нормированной линии (см. параграф 8.9). Тогда нерегулярность с небольшой протяженностью по длине линии заменяется эквивалентной схемой в виде соединения реактивных и активных сопротивлений или проводимостей. Активные сопротивления соответствуют тепловым потерям, потерям на преобразование в волны других типов и передаче энергии в другие линии. Реактивные сопротивления представляют электрические и магнитные ближние поля нерегулярности. Критерием эквивалентности является равенство коэффициентов отражения и прохождения волн в эквивалентной схеме и реальном тракте. Обычно эквивалентность сохпаняется лишь в определенном частотном диапазоне.