Классы и типы волн в НСС

Характер распространения электромагнитных волн в НС определяется структурой поля в ней. Эта структура определяет возможность того или иного спектра частот, что и обуславливает свойства направляющей системы. Распространяющиеся в НС волны делятся на классы и типы. Класс волны определяет наличие продольных составляющих поля ( и ). В общем случае структура поля имеет по три составляющих электрического и магнитного полей. В конкретных системах некоторые из этих составляющих обращаются в нуль. Существуют следующие классы волн:

Т – поперечно-электромагнитная ТЕМ-волна ();

Е – электрическая или поперечно-магнитная ТМ-волна ();

Н – магнитная или поперечно-электрическая ТЕ-волна ();

ЕН и НЕ – смешанные гибридные волны ().

Рис. 4.4 – Типы волн в направляющих системах

ТЕМ-волны содержат толко поперечные составляющие поля, т.е. силовые линии поля целиком лежат в поперечных плоскостях и в точности повторяют картину силовых линий статического и стационарного режимов. Эта волна существует лишь в линиях, содержащих два изолированных проводника, находящихся под разными потенциалами. Эта волна является основной в проводных НС, характеризуется токами проводимости и практически нулевыми токами смещения.

Волны Е и Н кроме поперечных составляющих содержат по одной продольной составляющей поля. Силовые линии этих волн располагаются как в поперечном, так и в продольном сечениях НС. Эти волны возбуждаются в однопроводных линиях (волноводах). По поперечному сечению НС должно уложиться целое число полуволн (не менее одной).

Гибридные волны содержат шесть компонент поля, в том числе и продольные составляющие и . Такие волны возбуждаются в световодах и диэлектрических волноводах.

Классы волн делятся также по типам. Модам тип волны или мода определяется сложностью структуры поля в поперечном сечении НС, т.е. числом максимумов и минимумов поля в этом сечении.

Мода – это самосогласованное распределение поля, которое сохраняется при распространении волны вдоль НС, не содержащей неоднородностей. Число распространяющихся мод в НС бесконечно, эти волны отличаются наличием тех или иных составляющих поля, а, следовательно, и его структурой. Различают основной тип волны и волны высших типов. Основная мода имеет простейшую структуру. В двухпроводных НС основной является ТЕМ-волна. Типы волн обозначаются двумя числовыми индексами n и m, которые означают число полных изменений (вариаций) поля по поперечным координатам.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Назовите режимы передачи по НС.

2. Охарактеризуйте каждый режим передачи.

3. В каком режиме передачи используются симметричный кабель, коаксиальный кабель, световод?

4. Чем определяется наличие тока смещения в НС?

5. Дайте определение класса волны.

6. Охарактеризуйте классы электромагнитных волн.

7. Дайте определение типа волны (моды).

8. Дайте определение основного типа волны.

9. Чем определяется длина волны основной моды в волноводе?

10. Какие классы волн распространяются в волноводах и световодах?