1tom - 0228.htm
03
идеально проводящие стенки (они всегда замыкаются сами на себя). Простейшая волна этого типа ≈ ТМц (рис. 5). С увеличением размера В. м. число мод раст╦т. При этом поперечное сечение В. м. разбивается ва ячейки, каждая из к-рых как бы представляет собой элементарный В. м. с одной из простейших мод ≈ типа или
Рис. б. Структура поля волны в круглом волноводе.
Рис, 7. Структура поля волны TEVI в круглом волноводе.
Аналогично можно построить распределение полей в В, к. любого поперечного сечения. На рис. 6≈9 показаны структуры полей для мод внутри В, м. круглого сечения. Простейшей является мода TEIJL (рис. 9), к-рая топологически соответствует волне ТЕЫ в прямоугольном В. м.
Рис. 8. Структура поля волны Рис. 9. Структура поля волны TMtl a круглом волноводе. Г£и в круглом волноводе.
Если <й меньше мин, критич. частоты данного волновода, то в н╦м не существует распространяющейся волны. Однако если сечение неодносвязно, как, напр., в двухпроводной линии или в коаксиальном кабеле, то одна волна имеет нулевую критич. частоту, т. е.т по крайней мере, распространяется при сколь угодно низкой частоте, в ней Е£=1)ч ffx=Q, фазовая скорость в случае вакуумного заполнения не зависит от частоты и равна с, групповая скорость тоже равна с. Это кабельная, или Т-ЕМ-мода; она используется практически во всех НЧ энергетич. линиях передач и линиях связи.
Иногда, особенно на миллиметровых волнах или при передаче большой мощности, применяют т. н. сверхразмерные В. м., сечение к-рых настолько велико, что в них может распространяться не только осн. волна, но и веек, других волн. При атом возможен нежелат. процесс преобразования ≈ перехода энергии от одного типа волны к другому. Такие преобразования происходят на любой нерегулярности, напр. на изгибе В. м., ва неточном (со смещением или изломом) стыке двух волноводных секций и т. д. Для предотвращения преобразований и для ослабления вызываемого ими нарушения структуры поля применяют, в частности, разд. корректирующие диэлектрич. пластинки, вводимые внутрь В. м. Используя ферритовые материалы, можно создать В. м. с невзаимными свойствами (обычно одно* кодовые), в к-рых волны одного и того же типа, распространяющиеся в противоположных направлениях, имеют разл. свойства. Такие системы используют в качестве СВЧ-вентилей.
Нераспространяющиеся волны, для к-рых б)<(0Крт образуются вблизи любой нерегулярности, элементов связи, волноводных элементов, но поле их быстро убывает при удалении от этих элементов, В нек-рых устройствах эти волны используют для создания градуируемых аттенюаторов поля в В. м.
Все волноводные моды (кроме кабельных) быстрые: их фазовая скорость v~>c (в общем случае больше скорости однородной плоской волны в среде, заполняющей В. м.) и всегда нелинейно зависит от частоты w, прич╦м Зу/0ю<0, т. е. В, м. подобен среде с норм, дисперсией (см. Дисперсия волн). Групповая скорость волны любого типа в В. м. обратно пропорциональна v : Угр=с2/и; она меньше скорости света с в вакууме. Т. к. v и игр различны для разных мод, то для неискаж╦нной пере-
4 5 Н.
дачи сигналов следует либо работать в диапазоне частот, допускающих распространение только одной, простейшей моды, либо, наоборот, пользоваться сверхразмерными многомодовыми В. м,, когда при v-*-c из множества распространяющихся мод может быть сформирован почти оторванный от стенок волновой пучок (см. Квазиопти-ка, Оптический резонатор].
Возбуждение В, м. осуществляется с помощью антенн: металлич. штыря (электрич. диполь), петли (магн. диполь), отверстия или щели (щелевая антенна). Электрич. диполь должен быть ориентирован по линиям поля X) нужной моды, петли должны пронизываться линиями //, а щели прорезываться в стенках попер╦к линий тока, т» е. вдоль линяй Н. Эффективность возбуждения зависит также от характеристик антенны, обычно оптимальным является равенство е╦ внутр. сопротивления сопротивлению излучения в данную моду.
Затухание волн в В. м. обусловлено потерями энергии в металлич. стенках или диэлектрич. среде. Частотная зависимость коэф. затухания р(ш) из-за потерь в стенках показана на рис, 10; при очень больших
Рис. Ю. Частотная зависимость коэффициента затухания р для моды ТЕМ круглого волновода из-за потерь в проводящих стенках.
(о потери растут с частотой для всех мод, кроме волны ТЕ0п в круглом В. м.
В. м. служат фидерными устройствами в радиолокац. и др. системах, т. е. используются для передачи сигнала от передатчика в передающую антенну и от при╦мной антенны к при╦мнику. Фидерная система на СВЧ имеет вид волноводного тракта, состоящего из разл. волно-водных узлов.
Осн. преимуществом В. м. по сравнению с обычными линиями передачи (двухпроводной линией и коаксиальным кабелем) являются относительно малые потери энергии. Причина состоит в том, что при одинаковых внеш. размерах В. м. и двухпроводной линии (или коаксиального кабеля) поверхность волновода, по к-рой протекают электрич. токи (при распространении волны), обычно больше, чем поверхность проводов двухпроводной линии (или жилы коаксиального кабеля). Т. к. глубина проникновения токов во всех случаях определяется скин-эффектом, то плотности токов, а следовательно, и джоулевы потери в В. м. меньше, чем в линии.
Лит.: Лебедев И. В., Техника и приборы СВЧ, 2 изд., т. 1, М., 1970; Ф е л ь д ш те и н А. Л., Я в и ч Л. Р., Смирнов В. П., Справочник по техники, 2 изд., М., 1967; X а р в е и высоких частот, т. 1≈2, пер. с англ. л е н б а у м Б. 3., Высокочастотная 1966; ФелсенЛ., МаркувицН., Излучение и рассеяние волн, г. 1≈2, пер. е англ., М,, 1978; Виноградова М. Б., Р у д е н к о О. В., С у х о р у к о в А. П., Теория волн, М., 1979. М, А. Миллер.
ВОЛНОВОД ОПТИЧЕСКИЙ ≈ см. Световод. ВОЛНОВОД ПЛАЗМЕННЫЙ ≈ искусственное или естественное плазменное образование с неоднородным профилем диэлектрич. проницаемости, один из размеров к-рого значительно больше других. В плазме при определ. условиях может образоваться канал, по к-рому происходит направленное распространение эл.-магн. энергии. В. п.≈ разновидность волновода диэлектрического. В. п. могут быть со свободной границей (плаз-менньш цилиндр, удерживаемый магн. давлением, ионосферные слои) или ж╦сткой {плазменный цилиндр, заполняющий стеклянную трубку, плазма тв╦рдых тел). Плотность плазмы в В. п. может быть постоянной (однородный В. п.) или переменной, обычно убывающей от центра к краям (неоднородный В, п.). В. п. используют для транспортировки эл.-магн. энергии в плазме, изучения свойств и нагрева плазмы, измерения е╦
элементам волноводной А.-Ф,, Техника сьерх-М., 1965; К а ц е н е-электродинамика, М.,
О О
309
")
}
