2.3. Поверхностные волны и замедляющие структуры
Обсудим теперь происхождение и корректность использования терминов «поверхностная волна» и «резонанс, обусловленный поверхностной волной».
Рассмотрим для простоты задачу о сканирующей в 
-плоскости решетке из параллельных пластин 
(рис. 5.1, б). Результаты, полученные в гл. 2, можно легко обобщить на случай задачи, относящейся к плоской антенной решетке. Рассматриваемая система может содержать диэлектрические вставки или покрытия (детально влияние диэлектриков обсуждается в гл. 6).
Рис. 5.29. Общая схема волноводной решетки.
Важным свойством рассматриваемого класса задач является возможность представления поля во внешней области в следующем виде:
где
— постоянные распространения вдоль оси 
управляющая фаза (рис. 5.29).
При нормальном режиме работы ФАР управляющая фаза 
выбирается таким образом, чтобы поле определялось только
волной с индексом 
При этом
При выполнении этих условий все типы волн, для которых 
затухают вдоль оси 
по закону 
Известно, что при некоторых условиях поле излучения в действительной области обращается в нуль, а падающая волна в волноводе полностью отражается. При этом в выражении (43)
все высшие типы волн, амплитуды которых не обращаются в нуль, экспоненциально затухают в положительном направлении оси 
Для каждой из этих волн 
изменение фазы в направлении 
больше, чем для волны в свободном пространстве, т. е.
Каждая из этих волн является замедленной волной, ноле которой экспоненциально спадает по мере удаления от поверхности раскрыва. Поэтому такие волны можно рассматривать как поверхностные.
На достаточно большом расстоянии от раскрыва антенной решетки при условии 
преобладает тип волны с индексом 
и его вектор фазовой скорости направлен в положительном направлении оси у. Фазовая скорость вблизи раскрыва антенной решетки зависит от того, какой из типов волн преобладает. На этот факт влияют особенности геометрии антенной решетки и конкретное значение управляющей фазы, при котором коэффициент передачи обращается в нуль. Например, если вблизи раскрыва
то волна по-прежнему остается замедленной, но ее вектор фазовой скорости направлен в отрицательном направлении оси 
Другой подход, впервые предложенный Коллином [22], состоит в рассмотрении эквивалентной замедляющей структуры, справедливой только для того значения управляющей фазы, при котором получается, полное отражение или коэффициент передачи обращается в нуль
Предположим, что в волноводе имеет место полное отражение для падающей волны, т. е.
где фаза коэффициента отражения относится к сечению 
(рис. 5.29). В поперечных сечениях волноводов можно поместить 
проводящие пластины (короткозамыкатвли) на расстояниях от
раскрива, определяемых выражением
где 
постоянная распространения для основиого типа волны в волноводе. Если целое число 
в формуле (49) взять достаточно большим, что соответствует большому удалению короткозамыкателей от раскрыва, то амплитуды высших типов волн, возбуждаемых в раскрыве при 
уменьшаются до пренебрежимо малых значений в местах расположения короткозамыкателей при 
Легко заметить, что при таких условиях короткозамыкатели не будут изменять распределение поля в волноводах.
Рис. 5.30. Эквивалентная замедляющая структура.
Таким образом, волноводная решетка в режиме полного отражения обеспечивает в плоскости раскрыва такие же граничные условия, как и эквивалентная замедляющая ребристая структура, показанная на рис. 5.30. Так как в эквивалентной замедляющей структуре отсутствуют сторонние источники, то распределение полей в ней должно определяться как одно из возможных решений однородных уравнений Максвелла.
Таким образом, термины «поверхностная волна» и «резонанс, обусловленный поверхностной волной», можно применять к явлению полного отражения (или обращения в нуль коэффициента передачи) в антенных решетках. Так как в реальной антенной решетке отсутствуют короткозамыкатели, нключеппые в эквивалентную замедляющую структуру, показанную на рис. 5.30, то более точно рассматриваемое явление описывается терминами «вынужденная поверхностная волна» и «вынужденный резонанс
поверхностной волпы», причем слово «вынужденный» означает, что поле поворхностпой волны в антенной решетке без коротко-замыкателей (рис. 5.29) на самом деле не является решением однородных уравнений Максвелла (при отсутствии источников).
Ясно, что отдельный волновод, возбуждаемый распространяющимся типом волны, не может быть возбудителем поверхностной волны в антенной решетке, так как поверхностная волна при этом не удовлетворяет принципу взаимности и поэтому не может быть источником возбуждения распространяющихся типов волн в волноводах. Если бы поверхностная волна возбуждала основной тип волны в волноводах, то такая волна неизбсжпо была бы затухающей в направлении оси у.
Другие аспекты возбуждения поверхностной волны в антенных решетках рассмотрены в гл. 6—8. В частности, в гл. 8 более подробно излагается интерпретация резонанса поверхностной волны с помощью эквивалентной замедляющей структуры.
ЛИТЕРАТУРА
(см. скан)
