9.9. Запредельные волноводы

КОЭФФИЦИЕНТ ОСЛАБЛЕНИЯ

Волновод, работающий на частотах, ниже критической основной волны, называют запредельным (закритическим). Рассмотрим случай, когда идеальный волновод возбужден в сечении на частоте (рис. 9.30). Согласно Положим так как потери в диэлектрике отсутствуют, и используем соотношение В результате получим, что коэффициент распространения Выражение под корнем положительно, поэтому правая часть равенства — вещественная величина. Следовательно, на частотах ниже критической коэффициент фазы идеального волновода а коэффициент затухания

Рис. 9.30

Экспоненциальный множитель (8.1) для поля справа от возбудителя (рис. 9.30) описывает теперь не бегущую волну, а переменное синфазное поле с быстро убывающей амплитудой. Любая его компонента зависит от расстояния и времени по закону:

Аналогично для поля слева от возбудителя

Итак, в запредельных волноводах волновые процессы невозможны. Имеется только затухающее, чисто реактивное поле, экспоненциально убывающее при удалении от возбудителя.

Аналогично изменяется амплитуда поля поверхностной волны при удалении от граничной поверхности. В обоих случаях экспоненциальное уменьшение напряженности поля наблюдается по мере его проникновения в среду, где распространение волны невозможно: либо из-за малых (для данной поперечных размеров волновода, либо из-за невозможности выполнения закона Снеллиуса для угла преломления (вещественного, разумеется). В обоих случаях уменьшение напряженности поля не связано с тепловыми потерями и сопровождается полным отражением волны.

Если вещественно, то, согласно ф-ле (8.15а), для -волл синфазны, а имеет фазовый сдвиг на 90°. Аналогично для Н-волн [ф-лы (8.17)] синфазны сдвинута от них по фазе на Следовательно, фазы электрического и магнитного полей в запредельном волноводе различаются на 90°. Поэтому комплексный вектор Пойнтинга имеет только мнимую составляющую, т. е. в волноводе циркулируют лишь реактивные потоки энергии.

Согласно ф-ле (9.66), коэффициент затухания, который в данном случае правильнее назвать коэффициентом ослабления амплитуды, увеличивается при уменьшении частоты Если а практически (с погрешностью менее 1%) не зависит от частоты:

Формулы для расчета коэффициента ослабления запредельных волноводов (при полученные без учета потерь в волноводе, несправедливы вблизи критической частоты. Действительно, При согласно (9.66), что физически нереально. Коэффициент затухания в полосе пропускания волновода (при рассчитывался ранее при условии, что потери не изменяют заметно структуры поля, его значения при стремились к бесконечности. Этот противоположный предыдущему результат также физически нереален.

Сопоставляя свойства волновода на частотах выше и ниже критической, можно утверждать, что вблизи например, при существует переходная область частот, в которой характер поля постепенно меняется от реактивного к бегущей волне. В этой области потери в волноводе существенно влияют на распределение поля и на обе компоненты коэффициента распространения Расчет параметров полей в этой узкой переходной области требует более строгих методов, чем применялись сих пор.

ПРИМЕНЕНИЕ ЗАПРЕДЕЛЬНЫХ ВОЛНОВОДОВ

При волноводы используются в качестве предельных аттенюаторов. Аттенюатор — устройство, ослабляющее на определенную величину мощность волны в линии передачи. Аттенюаторы применяют для устранения нежелательных связей между отдельными узлами и в измерительной технике. В последнем случае чаще используются переменные аттенюаторы, в которых ослабление можно изменять.

В предельных аттенюаторах чаще всего используется основная волнз типа круглого волновода (рис. 9.31).

Рис. 9.31

Отрезок длиной между петлями связи с коаксиальным кабелем является запредельным волноводом, его затухание представляет собой линейную функцию длины и равно Одна из петель выполнена подвижной, что позволяет регулировать затухание аттенюатора.

Предельные аттенюаторы являются реактивными, так как мощность, не прошедшая к нагрузке, отражается обратно к генератору. Эти аттенюаторы относят к классу абсолютных, так как их затухание может быть рассчитано по геометрическим размерам и они не требуют градуировки. При соблюдении условия затухание такого аттенюатора практически не зависит от частоты.

Устройства типа запредельного волновода используются и в тех случаях, когда в волноводе необходимо проделать отверстие (например, для откачки воздуха или механического управления), не излучающее электромагнитной энергии. При этом к отверстию припаивается трубка малого диаметра такой длины, чтобы обеспечить нужное затухание.

ЗАДАЧИ

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)