Лекции по физике 6a - страница 30

Фиг. 24.10. Сочленение двух секций волновода, да­ющее малые потери.

Фиг. 24.11.Волновод «Т». На фланцы надеты пластмассовые колпачки, предохраняющие внут­реннюю часть «Т» от загрязнения в неработающем состоянии.

Наконец, хотелось бы описать прибор, именуемый «направ­ленным ответвителем». Это очень полезное устройство, когда нужно узнать, что получилось после того, как вы сочленили между собой какое-то сложное расположение волноводов. На­пример, нужно узнать, в какую сторону бегут волны в той или иной секции трубы; скажем, необходимо представить себе, на­сколько сильна в ней отраженная волна. Направленный ответвитель отбирает немножко мощности у волновода, если по нему бежит волна в одну сторону, и не отбирает ничего, если она бе­жит в другую. Подключив выход соединителя к детектору, можно измерить «одностороннюю» мощность в волноводе. Нап­равленный ответвитель (фиг. 24.13) — это кусок волновода АВ, к одной из сторон которого припаян другой кусок волновода CD. Труба CDотогнута в сторону так, чтобы поместился соединительный фланец. Прежде чем спаять трубы, через соседние их стенки насквозь просверлили пару (или несколько) отвер­стий, чтобы через них часть полей в главном волноводе АВ могла пройти во вторичный вол­новод CD. Каждое отверстие действует как антенна — генерирует волны во вторичном волно­воде.

Фиг. 24.12. Электрические поля в волноводе «Т» при двух возможных ориентациях поля.

Фиг. 24.13. Направленный ответвитель.

Если бы отверстие было одно, то волны расходились бы в обе стороны и были бы одинаковы независимо от того, куда направлены волны в первичном волноводе. Но когда отверстий два и когда расстояние между ними равно четверти длины волны в волноводе, то они представляют собой два источника, сдви­нутые по фазе на 90°. А вы помните, мы рассматривали в гл. 29 (вып. 3) интерференцию волн от двух антенн, раздвинутых на Х/4 и возбуждаемых со сдвигом 90° по фазе? Мы установили тог­да, что в одном направлении волны вычитаются, а в другом скла­дываются. То же самое происходит и здесь. Волна, генерируе­мая в CD, будет бежать в ту же сторону, что и АВ.

И если волна в первичном волноводе бежит от А к В, то на выходе Dвторичного волновода мы тоже заметим волну. Если же волна в первичном волноводе бежит от В к А, то во вто­ричном волноводе волна побежит к С. А на этом конце стоит такое окончание, что эта волна в нем поглотится и на выходе ответвителя волн вообще не будет.

§ 7. Типы воли в волноводе

Выбранная нами для анализа волна — всего лишь одно из решений уравнений поля. Их на самом деле куда больше. Каж­дое решение представляет собой свой «тип волны» в волноводе. Скажем, в нашей волне вдоль направления х укладывалось только полсинусоиды. Ничуть не хуже решение, в котором вдоль х укладывается вся синусоида; изменение Е_>y с х тогда показано на фиг. 24.14. У этого типа волн k_>xвдвое больше и граничная частота много выше. Кроме того, изученная нами волна Е име­ет лишь y-компоненту, но бывают и типы волн с более сложными электрическими полями. Если у электрического поля есть только х- и y-компоненты, так что оно всегда перпендикулярно к оси z, то такой тип волн называется «поперечным электриче­ским» (или сокращенно ТЕ) типом волн. Магнитное поле в вол­не такого типа всегда обладает z-компонентой. Далее, оказы­вается, что когда у Е есть z-компонента (вдоль направления рас­пространения), то у магнитного поля есть только поперечные

Фиг. 24.14. Еще одна возмож­ная зависимость Е_>у от х.

компоненты. Такие поля называются «поперечными магнитны­ми» (сокращенно ТМ) типами волн. В прямоугольном волно­воде все типы обладают более высокой граничной частотой, чем описанный нами простой TE-тип. Поэтому всегда возможно (и так обычно делают) использовать такой волновод, в котором частота немного превышает граничную частоту этого наиниз­шего типа колебаний, но находится ниже граничных частот всех других типов. В таком волноводе распространяется волна толь­ко одного типа. В противном случае поведение волн услож­няется и его трудно контролировать.