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S.A.谢昆诺夫及其对波导理论的贡献(二)

2020.9.28

由麦克斯韦方程及上述关系式,可得

20180814065644323.jpg    (3)

20180814065656605.jpg    (4)

把(1)式代入(4)式,得

20180814065706930.jpg    (5)

式中

20180814065717816.jpg

对比(3),(5)两式,得

20180814065727838.jpg

20180814065738916.jpg    (6)

这是无源空间的齐次Helmholtz方程,说明Az(或说矢量A)是波方程的解。令

20180814065747490.jpg

式中函数ψ表示场振幅在等相面上的分布;代入(5)式,得

20180814065756876.jpg

式中左边第一项与z无关,可令

20180814065806264.jpg

式中h与(x,y,z)及ψ无关。由于ψ是实数,故h也是实数。又因F(z)与(x,y)无关,故可取

20180814065816369.jpg    (7)

将(7)式带入(3)式后,得

20180814065825355.jpg    (8)

将(8)式与(4)式联立,得

20180814065838168.jpg    (9)

对比均匀传输线理论中的公式:

20180814065847501.jpg

可取

20180814065857133.jpg    (10)

作为横磁波传输分布等效电路的串联阻抗,现在可用图2来描写TM波的波动过程,并由(2)式和(10)式来决定元件的值:

20180814065905736.jpg    (11)

20180814070315847.jpg

图2、规则柱波导的TM波等效电路

当然,参照滤波器理论还可求传播常数、特性阻抗和截止频率的表达式。

谢昆诺夫的上述处理不仅在理论上优美、自洽,而且在工程计算上很方便。例如,对于圆波导和TM01模,有

20180814065915930.jpg    (12)

式中k01为Bessel函数J0(x)=0的第一根,a为波导内半径。

波导实验成功后最初几年,人们吃不准该怎样看待它。问题是能否把它看成传输线?能否计算它的阻抗和反射?正是谢昆诺夫及时解决了这些问题。1937年,他首先提出了波导的波阻抗的定义。1944年,他又提出了特性阻抗的定义。他的分析主要针对矩形波导(图3)。

20180814070334105.jpg

图3、矩形波导


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