Индуктивные и емкостные диафрагмы в волноводах

В 6.2 имеется упоминание о параллельных и последовательных неоднородностях, включаемых в линии передачи. Для волноводов параллельные реактивные неоднородности могут реализоваться в виде диафрагм (рис. 6.3).

Рассмотрим на самом элементарном уровне, что происходит, когда волна падает на диафрагму. Как известно, вектор электрического поля этой волны чисто поперечен и, следовательно, касателен к поверхности диафрагмы. Но диафрагма – это металлическая полоска, а на поверхности металла касательная составляющая должна быть равна нулю. Следовательно, чтобы это условие выполнялось, в волноводедолжно появиться вторичное поле, компенсирующее вектор падающей волны на обеих сторонах диафрагмы. Механизм возникновения этого поля состоит в том, что на поверхности диафрагмы под влиянием поля падающей волны появляется ток, который возбуждает в волноводе бесконечную совокупность его собственных мод. Эта совокупность и есть вторичное поле.

Среди мод вторичного поля имеются волны . Волна , идущая от диафрагмы против направления первичной волны, есть, очевидно, отраженная волна. Вторичная волна , распространяющаяся от диафрагмы в противоположном направлении, складываясь с первичной волной, образует волну, проходящую за диафрагму. Кроме волн во вторичном поле содержатся поля высших типов. Все они являются не распространяющимися (одномодовый режим!). Эти волны экспоненциально спадают по значению при удалении в обе стороны от диафрагмы. Таким образом, в непосредственной близости от диафрагмы поле сильно отличается от моды за счет присутствия высших типов. Но уже на небольших расстояниях от диафрагмы поля высших типов спадают настолько, что в суммарном поле преобладает мода . Эта ситуация отражена на рис. 6.4, где представлена мгновенная картина силовых линий около емкостной диафрагмы. В полях волн высших типов, не переносящих энергию вдоль волновода, заключен некоторый запас реактивной энергии. Область локализации этой энергии находится в районе диафрагмы, где напряженность полей волн высших типов относительно велика. Из всего изложенного вытекает, что на эквивалентной схеме необходимо присутствие элемента, который, с одной стороны, должен учитывать факт отражения первичной волны от диафрагмы, а с другой стороны, служить как бы вместилищем реактивной энергии, запасаемой волнами высших типов. На схеме рис. 6.4, б такой элемент представлен как реактивная нормированная проводимость Теоретически доказано, что в высших модах, возникающих около диафрагм типа рис. 6.3, а, преобладает магнитная энергия. Поэтому такие диафрагмы имеют (индуктивные диафрагмы). Диафрагмы типа рис. 6.3, б, напротив, являются емкостными ( ). Величина должна, очевидно, зависеть от размеров поперечного сечения волновода, геометрии диафрагмы и частоты. Теория дает следующие приближенные выражения для

индуктивная диафрагма

(6.6)

емкостная диафрагма

(6.7)

При заданном значении нормированной проводимости диафрагмы из формул (6.6) и (6.7) легко найти размер окна диафрагмы:

для индуктивной диафрагмы

(6.8)

для емкостной диафрагмы

(6.9)