Общие свойства волн.

Направляющие системы.

Направляемые волны в отличие от свободно распространяющихся в пространстве волн могут существовать только при наличии каких-либо направляющих элементов: металлических, диэлектрических или полупроводящих поверхностей. Совокупность направляющих элементов образует направляющую систему. Направляющие системы служат для передачи энергии электромагнитной волны от источника к потребителю. Все направляющие системы можно разделить на два больших класса - открытого и закрытого типа.

Классификация направляемых волн.

Направляемые волны делятся на поперечные, электрические, магнитные и смешанные.

Поперечными или ТЕМ, волнами называются волны, у которых в направлении распространения отсутствуют составляющие векторов и - они лежат в плоскости перпендикулярной оси Z.

Электрическими, или волнами Е, называются волны, у которых вектор имеет к тому же и продольную (по оси Z) составляющую. Продольная составляющая равна нулю. Волны Е иногда называются перпендикулярными магнитными волнами или волнами ТН.

Магнитными, или волнами H называются волны, у которых векторы кроме поперечных имеет продольную составляющую. Волны H называют перпендикулярными электрическими волнами или волнами ТЕ.

Смешанными называются волны, у которых и имеют как продольную, так и перпендикулярную составляющую.

Процесс распространения ЭМВ вдоль НС описывается уравнениями:

Введем обозначение - - поперечное волновое число:

Достаточно решить уравнения для продольных составляющих, а поперечные выразить через них.

Таким образом, необходимо решить с учетом ГУ два дифференцированных уравнения:

Из выражения для следует, что коэффициент b является вещественной величиной, если:

и мнимой, если

В первом случае фаза изменяется по оси Z по линейному закону, что является признаком распространения волны с постоянной скоростью вдоль этой оси. Во втором случае вдоль оси Z фаза остается постоянной, а амплитуда убывает по экспоненциальному закону.

Частота, определяемая из условия, называется критической и обозначается f_КР:

Соответствует этой частоте длина волны , где V₀ формулу - скорость света в среде с e_a и m_а.

Подставляя выражение для , получаем:

где и волновое число и длина волны в среде согласно . Свободное распространение волны по направлению к системе имеет место лишь на частотах, превышающих критическую f > f _КР или l < l_КР

Длина волны

l - длина волны в среде с e_a и m_а.

У волн ТЕМ в этом случае и , . Следовательно, в НС системах, где возможно распространение ТЕМ волн, эти волны существуют на любой частоте.

Постоянная распространения волн ТЕМ

фазовая скорость

Электрические волны и

Волновое сопротивление Е волн.

при l = l_КР

при l ® 0

В области l > l_КР - мнимая величина, т.е., поперечные составляющие и сдвинуты по фазе на 90°. Þ вектор Пойнтинга - принимаем мнимые значения и перенос энергии отсутствует.

Фазовая скорость

Фазовая скорость зависит от частоты дисперсия