4,准确的模型
一旦发现了表述的矛盾,下一步就是找到正确的模型。对于了解微波和传输线理论的工程师来说,找到问题的解答并不算难。看到图24-10,首先想到的是传输线。传输线对阻抗有一些很好玩的变换关系。例如,一个零电阻(短路),在经过λ/4(也即π/2k),会转换成极大阻抗。再经过λ/4,又会变回零阻抗。表述如下:
Zin,Z0,ZL分别是入口阻抗,特征阻抗,末端阻抗。下边公式即上边公式取ZL=0的结果。这个公式最简易的理解方式是驻波:
上图分三行,分别是物理实体,电场E和电流j的空间分布。左边封闭而短路的传输线,在距离左端1/4波长的位置a看,是E的波腹,j(电流密度,不是虚单位)的波节,Z=E/I ~=∞。
继续右移1/4波长到达b,是E的波节,j的波腹,Z=E/I ~=0。每经过λ/4,阻抗就经历一个从极大到极小的转变。
我这里有意标记a,b符号与费曼的图24-10相同,这是有意的。事实上,这正好是微波波导的“choke connection flange”的工作方式。若从b所在的断面将此驻波体截断,将左边的λ/2谐振体放到法兰缝隙处,就是图24-10了。此时跨b点无压差且电流连续。
而a处的工程缝隙,因为此处:
1, J=0,无电流流过a缝;
2,dE/dx=0,a缝两边无电压差,
已经毫无影响了。
即使从波导外看,a缝的两边无电压差/无电场,无表面电流,因此也不会向自由空间辐射了。
回头看费曼的原文:
“a small cavity of the type shown in Fig. XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX(c).”。
经过以上分析,引用图23-16C是难以准确描述上述物理过程的。
“The dimensions are chosen so that this cavity is resonant at the frequency being used.”。
说的没错,但是从传输线角度看,这里的resonant显然不是用了传输线谐振体的基模(λ/4腔长),而是高阶模(λ/2腔长)。
“relatively little current flows across the metallic joints (at a in Fig. XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX)”。
结论是对的。
“The high guide currents simply charge and discharge the “capacity” of the gap (at b in the figure)”。
是有误差的。从前面对麦克斯韦第四方程的分析看有问题,从传输线看,这个电流是流入了传输线,进入了谐振。把1/2波长谐振腔体部分放大了看,电场最强的地方,也即吸纳电荷最多的地方,在腔体的中段,对应到图24-10上,更靠近a,如下图。
综合来看,可以认为这个bug属于表述不准,引用错误,概念瑕疵。