10.3. ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОЛН

10.3.1. Структуры с поперечным гофрированием

Реактивное сопротивление поверхности можно увеличить путем ее покрытия искусственным диэлектриком, таким, как гофрированная структура [33, 93, 145, 241]. Показанная на рис. 10.12, а плоская поверхность впервые была изучена Катлером [79], который рассматривал гофры как короткозамкнутые плоско-параллельные шлейфы, у которых импеданс определяется выражением (10.5). Полагая металлическую поверхность идеально проводящей и опуская множитель можно написать выражение для поля вне канавок в виде:

причем к этим уравнениям надо добавить уравнение типа (10.30), имеющее в данном случае вид

Такая волна относится к типу ТМ, так как магнитное поле имеет лишь составляющие в поперечной плоскости.

Вследствие периодичности структуры волна, распространяющаяся вдоль поверхности, состоит из волны основного вида и пространственных гармоник, относительные амплитуды которых зависят от ширины и глубины канавок и периода структуры.

Рис. 10. 12. Распространение вдоль гофрированной поверхности: а — плоскость с параллельными канавками; б - цилиидр с радиальными канавками.

Поверхностное сопротивление между канавками равно нулю, поскольку там обращается в нуль. Если ширина канавки мала по сравнению с длиной волны в структуре, то для поверхностного сопротивления можно взять усредненное значение

Согласуя его с сопротивлением однородной поверхности, равным получаем

Из этого соотношения видно, что распространение возможно только в полосах частот, где на положительно.

В первой полосе прозрачности при возрастании I от 0 до поверхностный импеданс имеет индуктивный характер и возрастает от нуля до бесконечности. Кроме того, величина фазовой скорости изменяется от с до нуля, а слабо выраженное экспоненциальное

затухание поля при удалении от поверхности переходит в резко выраженное затухание. Эти выводы подтверждены экспериментами с плоскими гофрированными поверхностями [254}.

Для случая изображенного на рис. 10.12, б гофрированного цилиндра поле поверхностной волны имеет составляющие [191:

причем, как и раньше, имеет место также и соотношение (10.59).

Рис. 10. 13. Свойства гофрированной цилиндрической поверхности: а — зависимость поверхностного реактивного сопротивления от ширины канавок; б - зависимость поверхностного реактивного сопротивления от глубины канавок и их числа на длине волны. (См. [21].)

Если размеры гофрированного цилиндра таковы, что поле описывается лишь одной основной волной, то распространение происходит так, как если бы стенки волновода обладали равномерно распределенным поверхностным сопротивлением, равным

Импеданс одиночной канавки для волны ТЕМ [168] равен

В этом случае поверхностное сопротивление в первом приближении также получается умножением на однако можно привести и более точный эмпирический результат:

который применим для всех значений параметров поверхности при условии, что Теоретические выражения для поверхностного реактивного сопротивления были подтверждены экспериментами Барлоу и Карбовяка [21] с резонансными линиями длиной около 1,2 м на частотах 2,35 и На рис. 10.13, а дана зависимость реактивной составляющей импеданса от ширины канавок, а на рис. показано влияние изменения глубины канавок.