2.3. Волновод с диэлектрической пленкой

Рассмотрим некоторые свойства круглого волновода с диэлектрической пленкой (см. рис. 1.5) [1.10]. Пусть толщина пленки равна диэлектрическая проницаемость ее материала в общем случае комплексна и равна Вещественная часть определяет фазовый набег волны в диэлектрике, а мнимая часть диэлектрической постоянной характеризует потери. Иногда для характеристики качества диэлектрика вводят тангенс угла диэлектрических потерь, равный отношению Обычно

В таком волноводе структура поля волноводных волн (2.16), (2.17) меняется незначительно, поле несколько втягивается в диэлектрик, поэтому вблизи металла поток энергии слегка увеличивается. Однако в первом приближении этим изменением можно пренебречь. Важно, что изменяется фазовая постоянная волн и появляется затухание, причем это. изменение различно для волн разных типов. Если у симметричных магнитных волн изменение фазовой постоянной с изменением толщины пленки почти незаметно, так как пропорционально третьей

степени малого отношения толщины пленки к радиусу волновода:

то влияние толщины пленки на остальные волны пропорционально первой степени т. е. значительно больше. Это связано с тем, что напряженность электрического поля волн в отличие от напряженности поля других волн вблизи стенок близка к нулю, так как волна не содержит нормальной к металлу компоненты Фазовая постоянная несимметричных магнитных волн изменяется на величину

электрических —

Формулы (2.22) — (2.24) являются приближенными. Они справедливы при выполнении условия

Следует отметить, что фазовая постоянная волны при покрытии стенок диэлектрической пленкой изменяется намного больше, чем фазовая постоянная волны Обычно расфазировка двух волн определяется разностью фазовых постоянных

или величиной, обратной т. е.

которая называется длиной волны биений. Разность фазовых постоянных волн в волноводе с пленкой можно оценить по формуле (2.24), пренебрегая, изменением волны

Приведем численный пример. Пусть в качестве тракта для дальней связи используется волновод с радиусом Волновод покрыт пленкой из

Электрика с толщина пленки В этом случае разность фазовых постоянных или, что то же самое, длина волны биений

Увеличивая толщину диэлектрического слоя и тем самым усиливая снятие вырождения между следует помнить, что при этом согласно (2.23) изменяются и характеристики несимметричных магнитных волн, в частности типа "Необходимо учитывать, что фазовая скорость волны Ни близка к фазовой скорости волны Ни. Поэтому, избавившись от вырождения с волной можно получить новое, но уже с волной

Внесение в волновод диэлектрика с комплексной проницаемостью приводит к тому, что постоянная распространения становится комплексной:

Иными словами, за счет потерь в диэлектрике амплитуды волн по мере распространения уменьшаются по экспоненте, даже при условии, что проводимость металла бесконечна. Однако и в этом случае влияние пленки на постоянную распространения волны пропорционально третьей степени отношения а на другие волны — первой степени этого отношения. Запишем приближенные формулы для постоянной затухания для волн соответственно:

Оценим затухание, вызванное поглощением в пленке. Пусть в волноводе с диэлектрической пленкой, для которого рассчитывалась разность фазовых постоянных, При этом потери составят а потери волны т. е. вырождение снимается. Таким образом, в волноводе с диэлектрической пленкой у волн различны как фазовые скорости, так и затухание на единицу длины.