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S.A.谢昆诺夫及其对波导理论的贡献(三)

2020.9.28

其中的横向电场与横向磁场的关系,对TE模为:

    (13)

对理想导电壁波导主模(H10模),可证明

    (14)

式中λ是工作波长,λc是截止波长,Z00是自由空间波阻抗。波导波阻抗是有用的概念,但却无法解释两段波导(a一样,b不同)相联后有反射发生的事实。

三十年代末到四十年代初的微波测量实践,证明关于行波、驻波、反射、圆图等传输线概念、方法均可用于波导。因而为了应用传输线理论就必须在单导体的波导情况下给出电压和电流的定义。谢昆诺夫最早做了这个工作[9]。对矩形波导主模,他定义

    (15)

    (16)

这样他导出了一组(三个)特性阻抗:

    (17)

式中常数C可以是π|2,2,π2|8,因而特性阻抗失去了唯一性。由于表达式包含了b,因而解决了矛盾。

这是一个贡献,但谢昆诺夫自己也认为这种处理不太自然。对这个问题,几十年来发生许多争论[18-20],我们认为D.M Kerns[19]的见解比较正确、全面;他认为,由线积分定义电压没有普遍价值,因为并非在一切情况下均能知道波导内的场图。其次,“ 一根波导的特性阻抗”的说法没有意义,因为波导内有多模,每个模式都有自己的波阻抗值。但Kerns并不完全否定谢昆诺夫的方法在分析波导中不连续性问题时有价值,因而与完全否定的观点[20]不同。

目前采用的定义波导电压和电流的方法是以基准场(basis fields)理论为基础。这一较好方法是S.Silver[21]最先提出的。它把波导内横向场写为

    (18)

    (19)

Silver把式中的U,I分别称为模式电压、电流参数。今天,我们称为基准电场,为基准磁场。上述不用线积分定义电压的方式比谢昆诺夫无疑前进了一步。

但是,谢昆诺夫的方法直到今天仍在使用着。例如,1983年发表的关于双脊波导的论文山[22],对电压的定义为

这显然仍是谢昆诺夫方式。因此,向人们介绍这位在本世纪三十至六十年代非常活跃的电磁理论科学家的成就是十分必要的。

本文只是简介谢昆诺夫在波导理论研究早期所做工作,绝非其贡献的全部。但就本文内容已经可以看出,他的主要特点是理论思维方面的创新精神。虽然他毕生未做实验工作,但令人惊奇的是他对事物总保持高度敏感并且总能在数学上找到处理的方法。

参考文献:

作者:黄志询,北京广播学院微波工程系

来源:《物理》


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