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.

[Vasiliy]

I have some collections of paper from Microwave Journal, I have to search if I have year 1983, when this paper was published.
Best would be some university library
paper by D. Kajfez, "Modal field patterns in Dielectric Rod Waveguides" etc.

[SSerge]

Или же, НЕМ мода это не более чем обозначение комбинации ТЕ и ТМ мод с одинаковыми индексами,

Вообще мне эта аббревиатура, НЕМ, раньше не попадалась, но похоже что таки да.
Гугл находит такое: http://books.google.com/books?id=3Da7MvRZT...p;q&f=false

[diomidovich]

Ну, в общем в этой статье сообщается, что:

"For any m (azimuthal index) different from zero, the modal field is a mixture of both TE and TM kinds of fields, the so-called hybrid electromagnetic HEM_mn mode".

Неясно однако, это всё-таки просто-напросто смесь двух мод, или отдельная мода, которая может возбуждаться самостоятельно. Хотя сейчас, после изучения этой темы, я больше склоняюсь к тому, что второе утверждение более правдоподобно.

I have some collections of paper from Microwave Journal, I have to search if I have year 1983, when this paper was published.
Best would be some university library
paper by D. Kajfez, "Modal field patterns in Dielectric Rod Waveguides" etc.

[Oldring]

Неясно однако, это всё-таки просто-напросто смесь двух мод, или отдельная мода, которая может возбуждаться самостоятельно. Хотя сейчас, после изучения этой темы, я больше склоняюсь к тому, что второе утверждение более правдоподобно.

Думаю, что любые две моды с равными фазовыми скоростями образуют полноправную смешанную моду.

[diomidovich]

Здесь есть очень тонкий момент.

А электронный поток (если мы говорим об СВЧ генераторе), может ли зацепить обе эти моды или он цепляет (coupled to) только одну моду.

Ладно, пускай есть две моды с одинакавыми фазовыми скорстями. Но если электронный пучок может "зажечь" только одну моду, возбуждая, скажем её азимутальную компоненту, "зажигает"ли он и другую моду, у которой азимутальная компонета по определению равна нулю?

Думаю, что любые две моды с равными фазовыми скоростями образуют полноправную смешанную моду.

[Oldring]

А электронный поток (если мы говорим об СВЧ генераторе), может ли зацепить обе эти моды или он цепляет (coupled to) только одну моду.

Ладно, пускай есть две моды с одинакавыми фазовыми скорстями. Но если электронный пучок может "зажечь" только одну моду, возбуждая, скажем её азимутальную компоненту, "зажигает"ли он и другую моду, у которой азимутальная компонета по определению равна нулю?

Очевидно, что может "зажечь", но может и "не зажечь". В зависимости от его геометрии. Как всегда, когда могут распространяться одновременно несколько мод. Даже не обязательно с равными скоростями.

Речь шла о том, что линейная комбинация нескольких линейно независимых собственных векторов тогда и только тогда сама является собственным вектором, когда эти скомбинированные собственные вектора принадлежат одному собственному значению.

[Holly]

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 .

Кто разбирается в этом МОДном заопарке - подскажите, пожалуйста.

Подсказака: первая буква H в аббревиатуре HEM означает "гибридная".
В линейном приближении гибридная мода является линейной комбинацией
TE и TM мод.

Здесь есть очень тонкий момент.

А электронный поток (если мы говорим об СВЧ генераторе), может ли зацепить обе эти моды или он цепляет (coupled to) только одну моду.

Ладно, пускай есть две моды с одинакавыми фазовыми скорстями. Но если электронный пучок может "зажечь" только одну моду, возбуждая, скажем её азимутальную компоненту, "зажигает"ли он и другую моду, у которой азимутальная компонета по определению равна нулю?

пока нелинейные эффекты пренебрежимо малы - сойдет и линейный подход.
Если нелинейщина есть - то со всеми вытекающими.

[Bosicc]

Думаю, что любые две моды с равными фазовыми скоростями образуют полноправную смешанную моду.

В некоторых резонаторах смешанная мода является основной(то есть,она идет первая по частоте) и является первым корнем решения волнового уравнения составленного для нахождения собственных чисел системы.
В работе Tunable filters based on metal-dielectric resonators на основании гибридной моды НЕ построен трех-резонаторный фильтр.
А что б увидеть что она гибридная, постройте в HFSS распределения поля в резонаторе на частоте резонанса. И получится нечто подобное(смотри рис.)

Эскизы прикрепленных изображений

 

[diomidovich]

Это понятно, но вопрос следующий. Пусть существует смесь двух мод. Одна мода имеет аксиальную компоненту (ТМ) другая нет (ТЕ). Электронный пучок дрейфует в аксиальном направлении и цепляет (coupled) за аксиальную компоненту замедленной ТМ моды.
Вопрос - возбуждается ли при этом также и ТЕ мода? Другими словами - это просто смесь двух мод или отдельная мода (НЕМ).

В некоторых резонаторах смешанная мода является основной(то есть,она идет первая по частоте) и является первым корнем решения волнового уравнения составленного для нахождения собственных чисел системы.
В работе Tunable filters based on metal-dielectric resonators на основании гибридной моды НЕ построен трех-резонаторный фильтр.
А что б увидеть что она гибридная, постройте в HFSS распределения поля в резонаторе на частоте резонанса. И получится нечто подобное(смотри рис.)

[navuho]

Это понятно, но вопрос следующий. Пусть существует смесь двух мод. Одна мода имеет аксиальную компоненту (ТМ) другая нет (ТЕ). Электронный пучок дрейфует в аксиальном направлении и цепляет (coupled) за аксиальную компоненту замедленной ТМ моды.
Вопрос - возбуждается ли при этом также и ТЕ мода? Другими словами - это просто смесь двух мод или отдельная мода (НЕМ).

Возможны оба случая, зависит от конкретной геометрии.

1. Истинная HEM - волна, это когда решение для волноводной моды имеет обе продольные компоненты поля (Е и Н)
Вообще говоря, моды любого волновода (круглого, прямоугольного и тд) они все - HEM (!), нужно лишь учесть
проводимость стенок в решении. А разделение на ТМ и ТЕ - всего лишь суть приближение идеального проводника.
Соответственно можно заполнить (экранировать) волновод чем то вроде слоистого диэлектрика с поглощением и получить
реальную гибридную волну, которая будет хорошо возбуждаться пучком.

2. Преобразование волн ТЕ и ТМ друг в друга на неоднородностях волновода (фланцы, изгибы, скачки сечения).
То есть, возбуждая пучком компоненту ТМ моды, которая начнет распространяться в заданном направлении, вы
в конечном счете на выходе получите обе моды. Здесь важна связь мод, особенно если она когерентная по длине (моды вырождены)
Типичный пример - цепочка резонаторов связанных сверхразмерной трубкой дрейфа, в этом случае ТМ мода резонатора
преобразуется на стыку в ТЕ моду трубы, которая выбросит вам пучок на стенку

[diomidovich]

Спасибо! Теперь уже совсем более понятно стало.

Особенно интересно то, что ТМ и ТЕ моды - это, на самом деле, приближения идеального проводника. А в случае, когда есть или замедляющая система, или скачки сечения в направлении рапространения волны (ну, тоже замеляющая система) - то тогда существуют только НЕМ моды.

Но у меня ещё один вопрос есть. А ТЕМ мода в коаксиальном волноведе - это тоже приближение идеально проводящего гладкого волновода? Куда, а вернее, во что трансформируется ТЕМ мода, когда имеется замедляющая система в направлении распространения ТЕМ моды? Можете подсказать?

Ну и ещё. Есть ли какая литература по этой теме, чтобы так параграфа на 2-3 с фомулами и рисунками. Буду благодарен за совет.

Спасибо ещё раз!

Возможны оба случая, зависит от конкретной геометрии.

1. Истинная HEM - волна, это когда решение для волноводной моды имеет обе продольные компоненты поля (Е и Н)
Вообще говоря, моды любого волновода (круглого, прямоугольного и тд) они все - HEM (!), нужно лишь учесть
проводимость стенок в решении. А разделение на ТМ и ТЕ - всего лишь суть приближение идеального проводника.
Соответственно можно заполнить (экранировать) волновод чем то вроде слоистого диэлектрика с поглощением и получить
реальную гибридную волну, которая будет хорошо возбуждаться пучком.

2. Преобразование волн ТЕ и ТМ друг в друга на неоднородностях волновода (фланцы, изгибы, скачки сечения).
То есть, возбуждая пучком компоненту ТМ моды, которая начнет распространяться в заданном направлении, вы
в конечном счете на выходе получите обе моды. Здесь важна связь мод, особенно если она когерентная по длине (моды вырождены)
Типичный пример - цепочка резонаторов связанных сверхразмерной трубкой дрейфа, в этом случае ТМ мода резонатора
преобразуется на стыку в ТЕ моду трубы, которая выбросит вам пучок на стенку

[andreysar]

Посмотрите: Силин, Сазонов "Замедляющие системы"


Сообщение отредактировал andreysar - Aug 5 2010, 19:18

[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.