电磁波泄露原理图
同轴波导的开口面可以看成是最简单的口径天线,作为平面口径的一种,其场分布较为复杂。首先,同轴波导开口面上不仅有TEM波,而且有结构复杂的纵波;其次,在同轴波导开口面上除入射波外,还有反射波;第三,在波导开口面上除有主波外,还有高次模波,此外,电磁场不仅存在于波导开口面,在波导的外表面也有磁场,这是由于有一部分电流从波导开口面流向波导外表面造成的。如把这些因素全部考虑,将使波导开口面的辐射问题变得非常复杂,要得到这一问题的严格解在数学上也会遇到很大困难。在天线理论中,一般采用近似解法来研究波导开口面的辐射。假设同轴波导开口面的频率是传输的主模波的入射波和反射波之和,即不考虑在开口面所产生的高次模波以及波导外表面的电流。
对于伸展金属面上的任意开口,当电磁能量通过开口辐射时,在天线理论中都可以看成是缝隙天线。它是一个孔径天线,通常是在同轴线、波导管或谐振腔的壁上开缝,电磁波通过开缝向外部空间辐射,它的近场和远场原则上都可以通过导体表面的电流来决定。在采用外置天线接收局放脉冲激发并泄漏到GIS外空间的电磁波时,可以认为是内部的电磁场在间隔缝隙表面电流驱动的缝隙天线所发射的电磁波。
从上面分析了解到GIS内腔中的电磁场结构,在同轴波导内由局放脉冲激励了一定模式以后,波导内壁上形成一定规律的电流力线,如果存在缝隙截断波导内壁上的电流线,则缝隙受到激励,在缝隙上形成电场分布,并向空间辐射。缝隙辐射能量的多少,决定于它切割电流场的多少,也就是决定于它在波导壁上的位置。
波导壁上开缝激发磁场原理图