HEM и TE/TM моды, Вопрос для знатоков Опции

[diomidovich]

Вопрос, собственно, следующий.

Является ли HEM мода сомостоятельной "боевой единицей" в том смысле, что возбуждение одной из её компонент (например, ахиальной компоненты электрического поля) автоматически означает появление всех остальных магнитных и электрических компонент поля.

Или же, НЕМ мода это не более чем обозначение комбинации ТЕ и ТМ мод с одинаковыми индексами, и возбуждение одной из компонент электрического поля (например, радиальной компоненты) ни в коем случае не приводит к автоматическому возбуждению ахиальной компоненты электрического поля.

Другими словами - является ли НЕМ мода просто обозначением линенейной комбинации ТЕ и ТМ мод, или это самостоятельная мода.

Кто разбирается в этом МОДном заопарке - подскажите, пожалуйста.

[diomidovich]

Нашёл так-же такой ответ на свой вопрос:

В волноводе с замедляющей структурой "it is impossible to have TM and TE modes separately. Hence both E_z and H_z components will be required and all field components will exist simultaneously. Any field configuration may still be resolved into a TM portion and TE portion, but this mathematically possibility has little physical meaning" [R.G.E. Hanter, S.W. Harrison (assist.), Beam and Wave Electronics in Microwave Tubes, D. Van Nostrand Company, Inc., 1960, p.75].

Действительно, получется, что НЕМ это отдельная мода, которая однако существует только в замедляющей структуре, а когда выйдет из неё, то распадается на две независимые моды ТЕ и ТМ. Также, НЕМ мода возбуждается за счёт возбуждения её или ТМ(Е) или ТЕ(М) компонент, в зависимости от того куда пучок движется и как замедляющая структура ориентирована.

Вопрос у меня возникает следующий. А в коаксиальном волноводе (с центральным проводником) у которого к тому-же есть и замедляющая система - замедляется ли и существует ли отдельная ТЕМ мода. Или ТЕМ мода тоже не может существовать отдельно от какой либо комбинации мод в замедляющей структуре. Тогда, если ТЕМ мода в коаксиальном волноводе с замедляющей структурой не может (или может) быть находиться, какая комбинация НЕМ мод возникает заместо ТЕМ моды?

[andreysar]

Самый простой ответ на Ваш вопрос - это спираль в трубе, или коаксиал со спиральной канавкой на наружном проводнике.
У такой зам системы есть продольная составляющая и у электрического и у магнитного поля, и раздельть их по модам не удастся, что и требовалось.

Или, например ЗС, рассмотренная нами в соседней ветке, где просто гофрированный центральный проводник: продольная составляющая электрического поля уже есть (см. мой рисунок). Теперь если диаметр коаксиала достаточно большой, так, что по периметру будет укладываться больше половины длины волны, то появится тип волны с продольной компонентой магнитного поля (на сколько я понимаю), что опять же и требовалось.

[diomidovich]

Andreysar, спасибо за дискуссию.

Таким образом, правильно ли я понимаю, что:

1) В случае, если существуют и электрическая и магнитная компоненты поля в аксиальном направлении (НЕМ мода), как это есть в спиральных системах или в гофрированных системах на достаточно высоких частотах, или когда волновод заполнен диэлектриком (полностью или частично) то у такой НЕМ моды существует отсечка.

2) Для гофрированных структур - Если частоты достаточно низкие, такие что по периметру гофрированной структуры не укладывается больше половины длины волны, то ТЕ компонента отсутствует (не возбуждается осциллирующим по азимуту магнитным полем) и существует только ТМ компонента. В этом случае отсечка по частоте отсутствует. Получется в этом случае ТМ00 мода без отсечки, как какой-то частный стучай НЕМ моды (без ТЕ компоненты).

Получется, что ТМ00 есть с одной стороны замедленная в аксиальном направлении ТЕМ мода, а с другой стороны - можно сказать, что это НЕМ мода (замедленная мода) без ТЕ компоненты.

Самый простой ответ на Ваш вопрос - это спираль в трубе, или коаксиал со спиральной канавкой на наружном проводнике.
У такой зам системы есть продольная составляющая и у электрического и у магнитного поля, и раздельть их по модам не удастся, что и требовалось.

Или, например ЗС, рассмотренная нами в соседней ветке, где просто гофрированный центральный проводник: продольная составляющая электрического поля уже есть (см. мой рисунок). Теперь если диаметр коаксиала достаточно большой, так, что по периметру будет укладываться больше половины длины волны, то появится тип волны с продольной компонентой магнитного поля (на сколько я понимаю), что опять же и требовалось.

[andreysar]

Я немного запутался в Ваших рассуждениях, поэтому скажу как я понимаю.

В односвязных волноведущих системах существует отсечка для всех типов волн. (исключения: спираль и ее модификации, а также провод со слоем диэлектрика, на сколько я знаю). Самый прстой пример - прямоугольный волновод.

В двусвязых (например, таких как коаксиал), а тем более многосвязных, снизу отсечки нет для низшего типа волны, но у этих систем есть высшие типы волн, для которых снизу отсечка уже есть.

Замедляющая система - это та же самая волноведущая система, только более сложная. Тут могут быть, а могут и не быть смешанные моды.

Как в нашем рассматриваемом примере, добавление гофра к коаксиалу ведет к появлению продольной составляющей электрического поля, но магнитное поле остается поперечным для низшего типа. Но у того высшего типа волны в простом коаксиальном волноводе, у которого была продольная составляющая магнитного поля, в случае появления гофра появится продольная компонента электрического поля: получили волну с обеими продольными компонентами. Но у этой моды уже есть отсечка.

Кстати, у полностью заполненного диэлектриком прямоугольного волновода у низшего типа волны не будет продольной составляющей электрического поля. А остальные типы будут аналогичны тем, которые были у волновода без заполнения, только частоты отсечек сместятся.

И встречный вопрос: а зачем Вам именно иметь именно обе компоненты продольного поля? Обычно достаточно электрической.