2015-04-08
24279
Направляющей системой, или линией передачи, в электродинамике называется система тел, обеспечивающих перенос энергии электромагнитного поля в определённом направлении. В качестве элементов таких систем, направляющих поток энергии в нужном направлении, обычно выступают какие-либо металлические или диэлектрические поверхности.
Волна, распространяющаяся в направляющей системе, называется направляемой волной. Структура электромагнитного поля направляемых волн отличается от структуры поля волн, распространяющихся в свободном (безграничном) пространстве. Поле направляемой волны должно удовлетворять не только уравнениям Максвелла, но и граничным условиям, задаваемым структурой линии передачи.
Регулярными называют направляющие системы, у которых поперечное сечение и другие параметры в продольном направлении неизменны или изменяются по периодическому закону. В первом случае систему называют однородной, во втором – периодической.
В направляющих системах открытого типа поле, строго говоря, распределено во всём пространстве, однако большая часть его энергии локализуется вблизи направляющих элементов системы. В направляющих системах закрытого типа поле существует в области, отделённой от остального пространства металлической оболочкой.
|
|
|
На низких частотах (1 Гц…100 кГц) широко используются открытые двухпроводные линии передачи. На более высоких частотах возрастают потери за счёт излучения энергии в окружающее пространство. Для уменьшения потерь переходят к закрытым линиям передачи, вводя металлические экраны. В диапазоне от 100 кГц до 3 ГГц, как правило, используются коаксиальные линии передачи, а на частотах свыше 3 ГГц – полые металлические волноводы с различной формой сечения, которые перекрывают сантиметровый и частично миллиметровый диапазоны длин волн. С уменьшением длины волны уменьшаются размеры волновода и повышаются требования к качеству поверхности стенок, что создаёт трудности при их изготовлении. Поэтому в миллиметровом диапазоне (на частотах свыше 10…15 ГГц) волноводы вытесняются микрополосковыми линиями, состоящими из двух металлических полосок, разделённых слоем диэлектрика. В оптическом диапазоне (частоты 1013…1015 Гц) используются диэлектрические волноводы из прозрачных материалов, в которых полностью отсутствуют металлические поверхности. Направляемая волна в любой точке пространства характеризуется двумя векторами поля E и H или шестью их проекциями на координатные оси. Продольную координату, отсчитываемую в направлении распространения волны, будем обозначать буквой z. Для переноса энергии в на правлении Oz вектор Пойнтинга 
должен иметь продольную составляющую Пz. Для этого поле волны обязано содержать хотя бы одну пару поперечных составляющих E, H. Направляемые волны классифицируются в зависимости от наличия или отсутствия в них продольных составляющих Ez и Hz векторов электрического и магнитного полей. Здесь возможны четыре случая:
|
|
|
1. ТЕМ-волны (волны типа Т, поперечные волны), у которых оба вектора E и H перпендикулярны оси Oz и не имеют продольных составляющих: Ez = 0, Hz = 0. Аббревиатура ТЕМ происходит от английского Transverse Electromagnetic. Примером ТЕМ-волны является плоская электромагнитная волна в неограниченном пространстве. С помощью ТЕМ-волн переносится энергия в двухпроводных (энергоснабжающих, телефонных), коаксиальных и полосковых линиях передачи.
2. ТЕ-волны (Transverse Electric), или магнитные волны, или волны типа Н, имеющие продольную составляющую магнитного вектора Hz при Ez = 0.
3. ТМ-волны (Transverse Magnetic), или электрические волны, или волны типа Е, у которых Ez ¹ 0 при Hz = 0. Можно показать, что собственные волны полых металлических волноводов могут быть только волнами типа Е или Н.
4. Смешанные (гибридные) волны, обладающие обеими продольными составляющими (Ez ¹ 0, Hz ¹ 0). В практически важных направляющих системах такие волны не наблюдаются.
