Идеальная линия из двух параллельных проводящих пластин поддерживает TEM. Утверждение, что TEM в ней невозможен, ошибочно. Нужно различать двухпроводную структуру с однородным заполнением и полый волновод с одной замкнутой проводящей стенкой.
1. Что означает TEM
Если распространение направлено вдоль z, TEM означает Ez = 0 и Hz = 0. Электрическое и магнитное поля при этом существуют и направлены поперёк оси распространения.
Это не означает, что волна распространяется только поперёк линии или не может иметь ненулевую постоянную β. В TE отсутствует продольное E, в TM — продольное H, а другая продольная компонента присутствует.
2. Две пластины допускают разные потенциалы
Пусть пластины лежат при y = 0 и y = d и идеализированно бесконечны по ширине. В однородном TEM-моделе E можно направить вдоль y, H — вдоль x, выбрав знаки для потока энергии вдоль z.
Поле E перпендикулярно проводнику, поэтому нулевая касательная компонента на идеальной поверхности соблюдается. По пластинам текут соответствующие токи. Центральный проводник именно коаксиальной формы не является обязательным условием TEM.
3. Нет ненулевой геометрической нижней отсечки
В однородном без потерь случае β = ω√(με), а фазовая скорость v = 1/√(με). Для воздуха она близка к c. TEM не имеет ненулевой геометрической нижней частоты отсечки.
Это не конфликтует с существованием отсечек высших мод. Реальная работа источника, переходов и нагрузки на очень низкой частоте определяется также схемой устройства.
4. Высшие моды рассматриваются отдельно
Для идеальных параллельных пластин и вариации поперёк зазора отсечки высших мод fc,m = m/(2d√(με)), где m = 1, 2, … . В воздухе при d = 10 мм первая отсечка составляет около 15,0 GHz.
Поэтому из зазора 10 мм не следует исчезновение TEM выше 1 GHz. Когда высшая мода становится допустимой, её реальное возбуждение зависит от источника и неоднородностей; существующая TEM не обязана исчезать.
5. Импеданс поля и линии не одинаковы
Отношение поперечных полей TEM определяется η = √(μ/ε). Для широких пластин конечной ширины w при w значительно больше d и пренебрежении краями терминальное волновое сопротивление приближённо Z0 ≈ ηd/w.
В воздухе при d = 1 мм и w = 20 мм получается около 18,8 Ω. Значение примерно 377 Ω для отношения полей нельзя приписывать как портовый импеданс каждой линии.
6. Конечная ширина и неоднородный диэлектрик
Реальная конструкция требует анализа краевых полей, проводниковых потерь, питания, изгибов и излучения. Один факт конечной ширины не превращает автоматически каждую двухпроводную линию в квази-TEM.
В микрополосковой линии с воздухом и подложкой обычно используется квази-TEM описание. Однородно заполненный коаксиал — пример TEM. Отсутствие обычного TEM в однопроводном замкнутом полом волноводе нельзя переносить на две пластины.
Проверка модели
В расчёте укажите электрические связи проводников, среду, порты и границы. Исследуйте направления полей, постоянную распространения и высшие моды. Номер моды в программе не всегда совпадает с аналитическим обозначением.
Внешнее короткое соединение пластин вдоль всей структуры меняет постановку. Не сравнивайте его без оговорок с двумя отдельными проводниками, возбуждёнными источником.
Описание параллельных пластин Microwaves101 прямо указывает TEM. Для сопоставления с замкнутым прямоугольным сечением используйте волноводные уравнения и соответствующие границы.
