Что же происходит при Отражении ТЕМ-волны от метаЛличес кой плоскости при наклонном падении на нее? Для ясности векторы падающей и отраженной волн в точке отражения О изображены на ряс. 3 на некотором удалении от нее.

Физически процесс отражения электромагнитной волны от металлической поверхности заключается в том, что, достигая металла, падающая электромагнитная волна возбуждает в его поверхностном слое быстроперемекные электрические токи, которые в свою очередь, как и токи в передающей антенне, становятся источником излучаемых электромагнитных волн. ;Последняе и являются отраженными волнами. Они распространяются в строго определенном направлении, причем угол падения а равен углу отражения.

Рис. 3. Отражение плоской электромагнитной волны от металлической поверхности.

(При дальнейшем рассмотрении процесса отражения будем пренебрегать потерями энергии падающей волны, расходуемой на нагрев металла токами, ею возбужденными. Эти потери обычно невелики. Другими словами, вместо металла будем рассматривать идеально проводящую плоскую поверхность, т. е. будем считать, что омическое сопротивление отражающей поверхности электрическому току равно нулю. Следовательпо, при прохождении по такой поверхности тока падение напряжения равно нулю, т. е потенциалы всех точек проводника одинаковы. А так как электрические силовые линии всегда соединяют точки с разными потенциалами, то тангенциальная составляющая электрического поля, параллельная границе раздела металла и диэлектрика (воздуха), должна быть равна нулю. Это - первое граничное условие на поверхности идеального проводника.

Подобными рассуждениями можно показать, что вектор напряженности магнитного поля на -границе идеального проводника яе должен иметь нормальной (т. е. перпендикулярной) к металлу составляющей. Другими словами, у поверхности идеального проводника вектор напряоюенности магнитного поля параллелен ей. Это - второе граничное условие.

Вернемся к рис. 3. На границе с металлом в данном случае суммарная напряженность электрического поля равна нулю, так как вектор Е параллелен поверхности металла, а по первому граничному условию он должен быть равен нулю. Поэтому Епад=-Еотр. Знак минус означает, что на границе раздела сред векторы Епад и Еотр направлены в противоположные стороны.

Перпендикулярная поверхности металла составляющая вектора напряженности магнитного поля также равна нулю, так как в падаю-

щей и отраженной волнах составляющие Нг должны быть равны по величине и направлены в противоположные стороны. Зато продольная составляющая магнитного поля максимальна и равна 2Hi.

Электрическое и магнитное поля в любой точке над поверхностью идеального проводника будут определяться как падающей, так и отраженной волнами, достигщими этой точки. В результате при сложении этих двух волн в разных точках плоскости рисунка получается различная величина электрического и магнитного полей (рис. 4). Напряженность электрического поля при удалении от поверхности отражения постепенно увеличивается, пока не достигнет своего максимального значения, пото.м снова уменьшается до нуля, меняет направление, снова увеличивается до максимума и т. д.

т

Рис. 4. Картина поля при отражении плоской электромагнитной волиы от металлической поверхности.

/ - металлическая поверхность; 2 - плоскости нулевого электрического поля.

Магнитные силовые линии образуют замкнутые кривые. Перпендикулярная поверхности раздела сред составляющая вектора напряженности магнитного поля максимальна там, где достигает максимума ш электрическое поле. Продольная составляющая вектора напряженности магнитного поля достигает максимальной величины в тех точках, где электрическое поле равно нулю.

Следует обратить внимание на то, что рассмотренная выше кар-тина полей соответствует фиксированному моменту времени. Если рассматривать изменение электромагнитного поля ъо времени, то изображенная на рнс. 4 картина силовых линий будет перемещаться слева направо со скоростью, равной так называемой фазовой скорости Vф, которая, как увидим ниже, равна c/sin а.

Теперь с помощью дополнительных идеально проводящих стенок образуем волновод прямоугольного сечения. Изображенную на рис. 4 металлическую плоскость fiyACM считать правой боковой стенкой нашего волновода (наблюдатель находится вблизи точки А и смотрит в аправлении точш Б). Если теперь мы расположим металлическую плоскость, например, в первой от границы металла и воздуха плоскости нулевого электрического яоля (по линии АБ на рис. 4), то картина поля между плоскостями сохранится, так как граничные условия будут выполняться. Введенная металлическая плоскость будет левой боковой стенкой волновода. Другие две стенки волновода. Щаптпьт^ ШЯШош рисунка (назовем их eepxHeji й нижней

стенками), можно разместить на любом произвольном расстоянии 6. Но, как будет показано ниже, лучше выбрать велитану Ь меньше Я-/2. Картина поля между боковыми стенками при введении верхней и нижней стенок не изменится, так как на последних выполняются как первое, так и второе -граничные условия. Таким образом, у об- -разованного нами волновода прямоугольного сечения ширина широкой стенки а=Л,/(2со8 а), а высота узких боковых стенок равна Ь.

Ита-к, при ориентировке электрического и магнитного полей плоской волны, как показано на рис. 3, в волноводе образовалась волна типа Н(ТЕ), как результат сложения плоских волн, распространяющихся под углом а к боковым стенкам волновода -и многократно от них отражающихся.

Аналогичное рассмотрение .можно привести и для другого случая, когда вектор напряженности электрического поля расположен в -плоскости падения ТЕМ-волны на отражающую поверхность, а вектор напряженности .магнитного поля перпендикулярен ей (на рис. 3 для этого случая векторы Е и Н надо поменять местами, а направление вектора Н изменить на обратное; при этом направ-.тение векторов Упад и VoTp не изменится). Сложение падающей и отраженной волн приводит здесь к появлению волны типа Е(ТМ), распространяющейся вдоль поверхности отражения.

Волн типов Н и Е, отличающихся одна от другой количеством отдельных простейших ячеек поля, которые укладываются вдоль большей или меньшей сторон поперечного сечения волновода, может быть бесчисленное множество. Действительно, в рассмотренном случае для Н-волны (см. рис. 4) левую боковую стенху волновода можно было бы расположить на различных расстояниях о от металлической поверхности. Нужно только, чтобы выполнялось равенство

а cos а = -у- k,

где k - любое положительное целое число.

Иными словами, вдоль широкой стенки волновода может быть расположено любое число ячеек поля. То же самое .можно в о€щем случае сказать и об узкой стенке волновода. Поэтому для классификации .волн у буквы, обозначающей тип волны, ставится двойной цифровой индекс (Н ). Эти цифры указывают количество

пространственных полупериодов поля, располагающихся вдоль широкой (т) и узкой {п) стенок волновода. Например, простейшая магнитная волна обозначается символом Ню или ТЕю. В такой волне -вдоль широкой стенки телновода расположена одна ячейка поля, т. е. электрическое поле в поперечном сечении имеет один максимум. В направлении, параллельном узкой стенке, т. е. вдоль узкой стенки, иначе говоря, по высоте волновода, поле не меняется.

В волноводе круглого сечения также .могут распространяться волны -различных типов. Как и в прямоугольном волноводе их обозначают с помощью символов Е и Н и индексов, состоящих из двух целых чисел п и i. Здесь п указывает яа число периодов изменения интенсивности полей вдоль окружности, а i - на число максимумов поля на длине радиуса волновода (а не его диаметра). Для некоторых типов воля в круглом волноводе вдоль радиуса может укладываться нецелое число пространственных полупериодов поля. В этом случае для определения значения индекса i производят округление до ближайшего целого числа в сторону увеличения.