Для того чтобы ЭМВ перемещалась в ЛП, необходимо нахождение и в поперечной плоскости (S)

= , (15.1)

где z – ось, вдоль которой распространяется ЭМВ; П_z – плотность потока энергии вдоль оси z; S – поперечная плоскость (рис. 15.2), в которой лежат координаты x и y (^).

ЭМП может иметь произвольную поляризацию. Если и лежат не только в плоскости S, то появляются поперечные составляющие вектора Пойнтинга П_S (П_x и П_y).

Для направляемых ЭМВ можно записать:

; (ДСК); (15.2)

; (ЦСК). (15.3)

Классификация ЭМВ. ЭМВ разделяют по наличию или отсутствию продольных составляющих. Если продольные составляющие отсутствуют (E_z = 0, H_z = 0), волна имеет только поперечные составляющие E_S и H_S. Такую ЭМВ называют поперечной или Т-волной (от латинского «transversus» – поперечный). У Т- волны имеет только радиальную () или z- составляющую ().

Если E_z = 0, но H_z ¹ 0, то такую волну называют H-волной.

Если H _z= 0, но E _z¹ 0, то это – E-волна.

Волна называется гибридной, если H_z ¹ 0 и E _z¹ 0.

При наличии хотя бы одной продольной составляющей векторов ЭМП у вектора появляется и поперечная составляющая (). В этом случае характер распространения ЭМВ существенно усложняется.

H-волны и E-волны характерны для односвязных волноводов.

Гибридные волны характерны для диэлектрических волноводов и световодов (волоконно-оптические линии) [1, 27–29].

Классификация направляющих систем. Направляющие системы классифицируют по количеству независимых проводящих поверхностей.

Различают направляющие системы нулевой связности, односвязные, двухсвязные и многосвязные [1, 41].

В линиях нулевой связности – проводящие поверхности отсутствуют. Направленная передача получается за счет явления полного внутреннего отражения. К данному классу относятся световоды, диэлектрические волноводы.

Односвязные линии передачи ограничены только одной проводящей поверхностью. Односвязные волноводы представляют собой металлическую трубу с определенной формой поперечного сечения: прямоугольной (прямоугольный волновод), круглой (круглый волновод) и т. д. Постоянный ток в такой линии передавать невозможно. Существует критическая частота, лишь при превышении которой возможна передача энергии по линии.

Двухсвязные линии передачи имеют две независимые проводящие поверхности. Распространение ЭМВ возможно на всех частотах, начиная с постоянного тока. К данному классу относятся коаксиальная, двухпроводная, полосковые, микрополосковые линии. Основной тип ЭМВ – Т -волна [1, 41].

Многосвязные линии передачи имеют более двух независимых проводящих поверхностей. К данному классу можно отнести экранированную двухпроводную, четырехпроводную, многопроводную линии связи, а так­же различные виды связанных полосковых и микрополосковых линий. В отличие от двухсвязных линий для данного класса характерна зависимость параметров передачи (затухание, Z_в и т. д.) от вида возбуждения (синфазное или противофазное). ЛП данного типа используют для многоканальной передачи и при конструировании устройств [1].

Волновое число k ЭМВ, распространяющейся в направляющей системе вдоль оси z, целесообразно разложить на поперечный k_S и продольный b волновые коэффициенты (рис. 15.3). Из векторных соотношений получаем

. (15.4)

В ЛП удобно от векторных волновых уравнений перейти к скалярным для продольных и поперечных составляющих. При этом оказывается, что достаточно решить эти уравнения только для продольных составляющих Е_z и H_z, поскольку поперечные составляющие Е _^ и H _^ в ЛП являются однозначными функциями продольных [1–7].

Список рекомендуемой литературы: [ 1, гл. 17, с. 107–111; 2, с. 153–172; 3, гл. 14, с. 72–76; 4, с. 67–68; 5, с. 60–86 6, с. 172–178, 216–231; 7, с. 114–139; 8, с. 201–213; 9, с. 184–196; 10, с. 184–197; 11, с. 206–212; 12, с. 220–224; 13, с. 242–261, 301–305; 22; 25 ].

Контрольные вопросы и задания

1. Дайте определение направляющим системам.

2. Какие отличия имеют регулярные и нерегулярные линии?

3. Как классифицируются направляемые ЭМВ?

4. Как можно использовать связь между продольными и поперечными координатами при анализе направляемых ЭМВ?

5. Дайте определение Т, Е, Н и гибридным волнам.

6. На какие типы можно разделить линии передачи по количеству независимых проводящих поверхностей?

7. Дайте определение критической частоты (длины волны).

8. Почему ЭМВ не распространяется в линии, если ее частота ниже критической?

9. Дайте сравнительную характеристику параметров линий передачи основных классов.