Mikrovalna elektronika - FESB

MIKROVALNA ELEKTRONIKA
FESB – SPLIT
Slika elektromagnetskog polja u homogenom pravokutnom valovodu
prikazana je na sl. 9 u različitim ravninama. Pri tom su silnice električnog polja
označene punom linijom, a magnetskog crtkano. Uočimo da su sve komponente polja
titraju i propagiraju duž osi valovoda u fazi. Vidimo da je električno polje u presjeku
okomitom na smjer propagacije najvećeg intenziteta u sredini tog presjeka, a opada do
nule kako se krećući po osi x približavamo stjenkama valovoda. Istovremeno, x-
komponenta magnetskog polja slijedi taj trend dok je obrnut slučaj za aksijalnu
odnosno z-komponentu koja je u sredini presjeka jednaka nuli a maksimalna na
rubovima. Kako je vektor magnetskog polja zbroj tih dviju komponenti, znači da se
magnetsko polje savija u smjeru propagacije kako se krećemo prema rubu valovoda
gledano u ravnini XZ.
Ostaje još pitanje uzbuđivanja TE moda u valovodu. Znamo da odgovor na
pitanje hoće li i kojim će se modom elektromagnetsko polje propagirati ovisi o
frekvenciji narinutog signala, dimenzijama i tipu presjeka valovoda te o
karakteristikama dielektrika kojim je valovod ispunjen. Da bi ostvarili propagaciju TE
modom možemo uzbuditi y-komponentu električnog polja koje će pobuditi i
magnetsko polje. Uzmimo stoga da je valovod s jedne strane zaključen kratkim
spojem. Stoga na udaljenosti od kratkog spoja za četvrtinu valne duljine
elektromagnetskog vala koji se širi valovodom λ g /4 napravimo mali otvor i kroz njega
progurajmo vertikalnu antenu koju može predstavljati mali dio središnjeg vodiča u
koaksijalnom kabelu (što znači da njime i dovodimo uzbudni signal odgovarajuće
frekvencije), kao što je prikazano na sl. 10a. Dio elektromagnetske energije koju zrači
antena će se propagirati u smjeru kratkog spoja te će se potom reflektirati natrag
prema anteni te pri refleksiji od idealno vodljive površine kratkospojnika doživjeti
skok od π radijana. Ukupna duljina električne staze bit će polovina valne duljine λ g /2
signala, što znači da se, računajući sa skokom u fazi uslijed refleksije od kratkog
spoja, reflektirani val vraća u fazi s valom kojeg emitira antena. Drugim riječima, u
tom dijelu valovoda egzistira stojni val i to takav da osigurava maksimalno polje u
točki odašiljača. Na taj način je osigurano da čitava elektromagnetska energija koju
zrači antena propagira u željenom smjeru. Isto uzbudno polje možemo emitirati i tako
da se inicijalno pobuđuje magnetsko polje u valovodu, tako da unutrašnji vodič
koaksijalnog kabela koji izlazi iz rupice na stjenci valovoda formiramo u magnetsku
petljicu, što je prikazano na sl. 10b. Da bi uzbudili odgovarajuće magnetsko polje
petljica mora ležati paralelno YZ ravnini.
Izračunajmo sada i kritičnu frekvenciju TE 10 moda. Za n = 1 i m = 0 imamo:
ω
k ,10
1 ⎛ π ⎞
= ⎜ ⎟
µε ⎝ a ⎠ .
Uočimo da je, u slučaju da smo pretpostavili da je b < a, to najniža kritična
frekvencija, odnosno ujedno i najniža moguća frekvencija koja se kojom se
elektromagnetski val može propagirati u valovodu pravokutnog presjeka. Naime, za
svaki m ≠ 0 kritična frekvencija je viša, a kako je uz:
π π
b < a ⇒ < ,
a b
što znači da je kritična frekvencija TE 10 moda niža od kritične frekvencije TE 01 moda,
a pogotovo ostalih TE modova. Kasnije ćemo pokazati da je to najniža moguća
- 66 -