Patariu.lt   Studijos   N-18   Sapnininkas   Receptai

T, E, H, EH ir HE bangos bangolaidžiuose



Bangolaidžiuose, plačiąja prasme, gali sklisti įvairūs bangų tipai. Jie skiriasi elektromagnetinio lauko struktūra ir bangos sklidimo greičiu. Trumpai juos aptarsime.
T bangos – skersinės elektromagnetinės bangos. Šių bangų elektromagnetinio lauko struktūroje nėra išilginių elektrinio ir magnetinio laukų komponenčių ( ir ). Todėl T tipo bangos negali sklisti tuščiaviduriuose metaliniuose ir kituose vienryšio skerspjūvio bangolaidžiuose*). Jos sklinda tiktai dviryšio arba daugiaryšio skerspjūvio bangolaidžiuose. Šiai bangolaidžių grupei priskiriame bendraašes, dvilaides simetrines, juostelines bei mikrojuostelines linijas ir t. t. Šią T tipo bangų savybę galima paaiškinti fiziškai. T bangos elektrinis ir magnetinis laukai yra tiktai skersinėje plokštumoje. Be to, magnetinio lauko linijos yra uždaros. Jos užsidaro apie laidumo arba slinkties srovę. Jeigu bangolaidžio skerspjūvis vienryšis, pavyzdžiui, tuščiaviduris metalinis vamzdis, tai magnetinio lauko linijos negali apglėbti bangolaidžio sienele tekančios laidumo srovėsT bangos slinkties srovė neturi išilginės komponentės, nes nėra išilginės elektrinio lauko komponentės. Taigi Ttipo banga negali sklisti tuščiaviduriu metaliniu vamzdžiu, kuriame nėra vidinio laidininko.
Įvertinę, kad bangai išilginės komponentės , iš (9.41) ir (9.42) gausi­me:
.
Vektoriai   ir  negali būti lygūs nuliui, nes tada bangolaidyje nebūtų elektro­magnetinio lauko. Todėl . Tad T banga bangolaidyje yra viena (nėra nei greitosios, nei lėtosios bangų) ir jos sklidimo koeficientas idealiajame bangolaidyje:
 o                                                       (9.60)
T bangos elektromagnetinio lauko pasiskirstymą bangolaidžio skerspjūvyje aprašo dvimatės Laplaso lygtys, kurias gausime iš (9.23) įvertinę, kad šiai bangai :
                                                                                               (9.61)
Jos sutampa su statinio elektrinio ir stacionaraus magnetinio lauko lygtimis. Taigi T bangos elektromagnetinio lauko struktūra bendraašio bangolaidžio skerspjūvyje bus tokia pat, kaip statinių ir stacionarių laukų.
Ryšys tarp T bangos skersinių elektromagnetinio lauko komponenčių, pagal (P7.5) ir (P7.6), kai , aprašomas lygtimis:
                                                                               (9.62)
                                                                              (9.63)
Gautas lygtis padaliję iš  ir įvertinę, kad krintančiajai bangai pagal (9.43)  , gausime:
                                                                       (9.64)
                                                                                            (9.65)
Idealiajamebangolaidyje sklindančiai bangai  yra bangolaidžio banginė varža, o  ir  – skersinių elektromagnetinio lauko komponenčių kompleksinės amplitudės, tai įvertinę gausime:
      ir        .                                  (9.66)
E tipo bangos – gali būti greitosios ir lėtosios. Šių bangų elektromagnetinio lauko struktūroje, be skersinių komponenčių, yra ir išilginė elektrinio lauko komponentė ( ). Jų magnetinio lauko linijos yra tiktai skersinėje plokštumoje. Todėl dažnai šios bangos vadinamos skersinėmis magnetinėmis bangomis ir žymimosTM raidėmis.  funkcija (9.24) išraiškoje reiškia išilginę elektrinio lauko komponentę. Jį yra tangentinė bangolaidžio šoninėms sienelėms ir, atsižvelgiant į ribines sąlygas, šoninių sienelių paviršiuje turi būti lygi nuliui, t. y.. Todėl, ieškodami E tipo bangoms Maksvelo lygčių dalinių sprendinių, turime spręsti (9.24) lygtį įvertindami, kad bango­laidžio sienelių paviršiuje dydis  turi būti lygus nuliui.
Ryšio lygtys (9.41) ir (9.42), leidžiančios pagal žinomas elektromagnetinio lauko išilgines komponentes rasti skersines, E tipo (greitosioms) bangoms įgauna tokį pavidalą:
                                                                                               (9.67)
.                                                                                      (9.68)
Įrašę  reikšmę iš (9.67) į (9.68), gausime:
 ;                                                                      (9.69)
čia  – bangolaidžio banginė varža E bangoms, kuri sklindančioms bangoms  tampa aktyviąja varža:
 .                                                                                                                     (9.70)
Iš (9.69) formulės matome, kad vektoriai  bei  yra vienas kitam statmeni ir su vienetiniu vektoriumi  sudaro dešinįjį trejetą. Perėję prie modulių, gausime:
                                                                                                          (9.71)
H tipo bangos – skersinės elektrinės bangos. Jų elektromagnetinio lauko struk­tūroje, be skersinių komponenčių, yra išilginė magnetinio lauko komponentė (). Jos gali būti greitosios ir lėtosios. Šių bangų elektrinio lauko linijos yra tiktai skersinėje plokštumoje. Todėl dažnai jos vadinamos skersinėmis elektrinėmis bangomis ir žymimos TE raidėmis. Žymėjimai H ir TE yra lygiaverčiai, nes atspindi skirtingas tos pačios bangos puses, t. y. ji vadinama tipo banga, nes turi išilginę magnetinio lauko komponentę, ir vadinama TE tipo banga, kadangi elektrinis laukas yra skersinis.
H bangų atveju išilginė magnetinio lauko komponentė   yra tangentinė šoninėms bangolaidžio sienelėms. Atsižvelgiant į ribines sąlygas, šoninių sienelių paviršiuje ši komponentė turi būti lygi sienelėmis tekančios laidumo srovės tankiui, t. y. šoninės sienelės paviršiuje pasiekia maksimalią reikšmę. Matematiškai tai užrašoma taip:
                                                                                                                      (9.72)
t. y. išilginės magnetinio lauko komponentės išvestinė pagal normalę šoniniam bangolai­džio paviršiui ant šoninių bangolaidžio sienelių turi būti lygi nuliui. Todėl Maksvelo lygčių dalinius sprendinius tipo bangoms gausime spręsdami (9.24) lygtį, įvertindami, kad ant bangolaidžio sienelių  Ryšio lygtys H tipo (greitosioms) bangoms () atrodo taip:
                                                                                              (9.73)
.                                                                                       (9.74)
Iš šių lygčių gausime:
 ;                                                                            (9.75)
čia  – bangolaidžio banginė varža H tipo bangoms. Sklindančiai ban­gai () ši varža tampa aktyviąja:
.                                                                                                                (9.76)
Taigi, kaip ir ankstesniu atveju, vektoriai  bei  yra statmeni vienas kitam ir su  ortu sudaro dešinįjį trejetą.
EH ir HE bangos dar vadinamos hibridinėmis bangomis. Jų elektromagnetinio lauko struktūroje yra išilginės elektrinio ir magnetinio lauko komponentės . Šiuo atveju (9.24) membraninę lygtį reikia spręsti du kartus: pirmą kartą – įvertinant, kad  ir bangolaidžio paviršiuje ji turi būti lygi nuliui, o antrą kartą – įvertinant, kad  ir bangolaidžio paviršiuje ; čia n – normalė bangolaidžio paviršiui. Įrašę gautas  ir  reikšmes į (9.41) ir (9.42) ryšio lygtis gausime skersinių elektromagnetinio lauko komponenčių išraiškas.
Hibridinės bangos yra bendriausias atvejis. Jos išsiskiria į nepriklausomai sklindančiasE irH bangas tiktai idealiuose bangolaidžiuose, kuriuose išilginės elektrinio ir skersinės magnetinio lauko komponentės yra pastovios ant bangolaidžio sienelių, t. y. lygios nuliui. Dielektriniuose bangolaidžiuose bangos su indeksu m = 0 išsiskiria, o kai m ≠ 0, tai sklinda tik hibridinės bangos.

*) Vienryšiu vadiname skerspjūvį, kurį galima nubrėžti nepakėlus pieštuko nuo popieriaus, o braižant dviryšį skerspjūvį, pieštuką tenka vieną kartą pakelti. Pvz., braižant bendraašės arba simetrinės dvilaidės linijų skerspjūvius.
Share on Facebook

Hey.lt - Nemokamas lankytoj� skaitliukas