|
| |
|
Слаботочка Книги ся под напряжением и понимать разность потенциалов между двумя противоположными точками широких стенок волновода. Пусть в данный момент времени генератор синусоидальной э. д. с, питающий мнимую линию АВ, CD, создает в ней напряжение и, которое равно у сечения / амплитуде Uam- Тогда и на других уровнях (при других значениях г) того же сечения напряжение будет синусоидальным, но с меньшей амплитудой (м = Um): по законам стоячих волн на короткозамкнутых концах шлейфов (г = О, Z = а) наблюдаются узлы напряжения {Um = 0), на расстоянии Х/4 от них (z = а/2) - пучность напряжения {Um = = Нат) а на промежуточных уровнях амплитуда Um больше нуля, но меньше Uum- В продольном направлении напряжение и изменяется по закону бегущих волн: оно равно амплитуде б/.в сечении J, затем уменьшается (сечение 2), становится равным нулю в сечении 3, возрастает с обратным знаком (сечение 4) и достигает амплитуды -Um в сечении 5. Очевидно, что на каждом уровне имеется своя амплитуда бегущей волны Um, которая определяется напряжением в сечении 1. Например, на уровне z = а/2 Um = Unm, при Z = z Um = Ут<. Unm И при Z = z амплитуда Um = u m. За-штрихованныеэпюры показывают, как распределяется- напряжение в поперечных сечениях 1, 2, 3, 4, 5 и как оно изменяется в продольном направлении при трех значениях z, а именно: г = г; а/2; z . Перейдем к рис. 14.2, б, на котором показано распределение зарядов и продольного тока на стенках волновода. Так как потенциал любой точки прямо пропорционален заряду, помещенному в эту точку, то можно утверждать, что закон изменения заряда q такой же, как и закон изменения напряжения, и знаки зарядов и потенциалов одинаковые. Продольный ток проводимости inp определяется движением зарядов по стенкам волновода в продольном направлении. Это ток бегущих волн, и, следовательно, он совпадает по фазе с напряжением и и зарядом q; кривые, показанные на рис. 14.2, б иллюстрируют не только распределение заряда, но и распределение продольного тока. Направление тока показано с учетом того, что если бегущая волна движется слева направо (как на рис. 14.2, б), то ток положительных зарядов движется также, а ток отрицательных зарядов в обратную сторону. Иначе говоря, в противоположных точках волновода продольные токи равны по плотности и обрат-ны по направлению. На рис. 14.2, в стрелками показано направление поперечного тока проводимости /о и с помощью эпюр иллюстрируется изменение этого тока: чем больше отклоняется эпюра от контура сечения, тем больше поперечный ток в данной точке контура. Напряжение в волноводе имеет определенный смысл только при потенциальном характере эле1трического поля, как в данном случае, а, если электрическое поле в волноводе вихревое, понятием напряжения пользоваться нельзя. в отличие от продольного поперечный ток относится к стоячим волнам. Поэтому ток ia сдвинут по фазе относительно напряжения на 90°, имеет пучность на короткозамкнутых концах шлейфов (г = О, Z = а) и узел в точках подключения шлейфов к мнимой линии АВ, CD {z = а/2). Упомянутый сдвиг выражается, например, в том, что в сечениях / и 5, где напряжение и максимальное, поперечный ток отсутствует, а в сечении 3, где м = О, ток п максимальный, В сечениях 2 и 4 этот ток имеет промежуточное значение. Направление его таково: на участке волновода x=0-XJ4 от отрицательного полюса к положительному, а на участке X = Яв/4--Яв/2 от пол общительного к отрицательному. Это согласуется с тем, что мощность стоячих волн реактивная: на одном участке цепи энергия потребляется, а на другом возвращается генератору; в целом же по волноводу, обладающему идеальной проводимостью стенок (только при этом условии могут быть чисто стоячие волны в поперечных сечениях), энергия переносится лишь в продольном направлении, т. е. бегущими волнами. Принцип непрерывности тока остается в силе и для волноводов. Это выражается в том, что ток проводимости, проходящий по стенкам волновода, переходит в равный ток смещения между стенками (рис. 14.2, б, в, пунктирные линии со стрелками). Все токи смещения поперечные, но часть из них переходит на стенках волновода в продольный ток проводимости, а другая часть переходит в поперечный ток. В первом случае (рис. 14.2, б) линии тока концентрируются вокруг сечений /, 5 (цепи dcef, Ipmn, остальные цепи показаны наполовину), а во втором случае (рис, 14,2, б) ток смещения наибольший в сечении 3, меньше в 2, 4 и полностью отсутствует в / и 5 (см например, линии тока prst, prsuvt). Легко заметить, что там, где больше сумма токов смещения, там больше и ток проводимости. Этим, в частности, можно объяснить, почему продольный ток проводимости максимален в середине широких стенок сечений /, 5 и равен нулю в сечении 3, тогда как поперечный ток проводимости имеет максимум на узких стенках сечения 3 и отсутствует в сечениях / и 5, На рис. 14.2, г стрелками показаны все токи проводимости, а о распределении напряжения можно судить по густоте электрических силовых линий в поперечных сечениях. При образовании волновода металлические изоляторы могут иметь форму не прямоугольную, а полукруглую, тогда поперечное сечение волноводов будет круглым, как показано на рис, 14.3, Сопоставляя рис, 14.3 и 14.2, убеждаемся в аналогичном распределении напряжения, продольного и поперечного токов по поверхности прямоугольного и круглого волноводов; при этом следует иметь в виду места расположения мнимых двухпроводных линий АВ, CD и четвертьволновых короткозамкнутых перемычек в волноводах. Напряжение и продольный ток максимальны в сечениях 7 и 5 и равны нулю в сечении 3, тогда как поперечный ток максима- лен в сечении 3 и отсутствует в сечениях / и 5. В промежуточных сечениях 2, 4 все эти напряжения и токи имеют промежуточную величину. Между стенками круглого волновода, как и прямоугольного, токи проводимости переходят в токи смещения. На рис. 14.3 Поперечный ток
 Рис. 14.3. Образование круглого волновода. в середине отрезка волновода показаны четыре линии тока смещения, из которых две замыкают поперечные токи проводимости, а другие две - продольные токи проводимости. 93. Электрические и магнитные поля в волноводах Структуру электромагнитных полей в волноводе (рис. 14.4) можно установить, исходя из напряжений и токов на его внутренней поверхности (см. рис. 14.2). Основанием для этого является аналогия между напряженностью магнитного поля и током, а также между напряженностью электрического поля и напряжением, установленная в § 84. Электрическое поле в соответствии с напряжением имеет одну составляющую Еу, а £ = О и = О, т. е. электрические силовые линии начинаются на положительных зарядах и кончаются на ближайших отрицательных зарядах противоположной стенки волновода, они полностью расположены в поперечных плоскостях и параллельны оси у. Поскольку вдоль оси волновода распространяются бегущие волны, то мгновенное значение напряженности электрического поля определяется уравнением умгн= Esmiz sin(ю/- Рв5С). 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 [121] 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 |