10.4.4. Линии с зеркальным изображением

Системы, несущие поверхностные волны, нашли применение главным образом в антенной технике [127], в то время как диэлектрические линии Кинга с зеркальным изображением 1175], показанные на рис. 10.21, а, имеют некоторые преимущества при использовании их в качестве линии передачи. Линия с зеркальным изображением по существу является диэлектрическим стержнем, несущим волну дипольного типа с распределением поля, показанным на рис. 10.19, а (III). В плоскости симметрии диэлектрика, нормальной к линиям электрического поля, помещена проводящая пластина. Таким образом, половина стержня и окружающего пространства заменяются их изображением в проводнике. Поляризация поля в такой передающей линии однозначно связана с положением проводящей пластины, а ее постоянные распространения совпадают по величине с постоянными полного диэлектрического стержня. Быстрота убывания поля при удалении от стержня определяется отношением радиуса стержня к длине волны. Например, если это отношение равно 0,142, то 80% мощности протекает внутри цилиндра с радиусом, в десять раз большим радиуса стержня. Для см у типичной линии из полистирола радиус должен быть равен и полная ширина металлической полосы должна равняться 10 см.

К потерям в диэлектрике, определяемым уравнением (10.86), добавляются потери, обусловленные излучением и конечной проводимостью металлической пластины. Если поле не ограничено искусственными границами, то радиальная составляющая вектора Пойнтинга чисто мнимая и излучения не происходит. Однако при наличии изгибов, препятствий и вследствие конечной ширины отражающей металлической пластины имеет место излучение. Коэффициент затухания в децибелах на метр, обусловленный потерями в проводнике, равен

где коэффициент, который должен быть вычислен [178] для каждой конкретной геометрии.

Эти потери, вообще говоря, меньше потерь, обусловленных диэлектриком, если только поле волны не слишком слабо сконцентрировано около линии. Например, на частоте полный коэффициент затухания в децибелах на метр будет 4,0 и 0,2 для значений соответственно равных 0,4 и 0,15.

Имеется несколько методов эффективного возбуждения в линии [90] чистой волны дипольного типа. Эффективность изображенного на рис. 10.21, а штыря при отношении превышающем 0,15, достигает 75%. Сзади штыря на расстоянии приблизительно

необходимо поместить отражающую пластину. Такая же эффективность получается у возбуждаемого прямоугольным волноводом кольца показанного на рис. 10.21, б, если его радиус лежит в пределах от 0,1 до 0,2 к. На рис. 10.21, в дан график эффективности возбуждения линии резонансной щелью в зависимости от ее удаленности от металлической пластины.

Из-за малости поперечных сечений диэлектрика, используемых в случае волны дипольного типа, поперечные резонансы невозможны, и степень концентрации поля вокруг стержня зависит от количества диэлектрика, заполняющего области с высокой интенсивностью электрического поля.

Рис. 10.21. Диэлектрические линии передачи с зеркальным изображением. Частота а — штыревой возбудитель; б - кольцевой возбудитель; в — коэффициент возбуждения щелью; влияние площади поперечного сечения прямоугольного стержня. (См. [176, 177].)

Таким образом, свойства передающей линии не должны сильно зависеть от точной формы поперечного сечения диэлектрика, а должны определяться, главным образом, полной площадью поперечного сечения, занятого диэлектриком. Типичными сечениями, исследованными на частоте 24 Ггц [176], являются полукруг радиусом как в нормальном, так и в перевернутом положениях, квадрат со стороной и прямоугольник прилегающий к металлической полосе обеими сторонами.

Все линии с перечисленными формами поперечного сечения диэлектрика, а также линии с утопленным диэлектриком и двойные линии имеют приблизительно одинаковые потери в диэлектрике и подобные степени концентрации поля. Прямоугольная форма поперечного сечения отличается простотой в изготовлении; на рис. приведены данные [263] для конкретного образца и частоты

Экспериментально установлено [177], что рассматриваемая система малочувствительна к небольшим скручиваниям и

неоднородностям в диэлектрическом стержне; степень обработки металлической пластины также не играет существенной роли. Такие свойства дают возможность применять линии с зеркальным изображением в миллиметровом диапазоне [343]. Для них могут быть сконструированы простые изгибы и угловые переходы с небольшими потерями и малыми отражениями. С помощью изолированной металлической булавки в линию с зеркальным изображением можно включать полупроводниковые диоды, причем КСВ будет не более 1,2. Если в радиальной плоскости поместить тонкую резистивную полосу, угол наклона которой относительно металлической полосы может регулироваться, то получится аттенюатор с переменным затуханием. Для линии с зеркальным изображением можно сделать и такие устройства как измеритель КСВ и направленный ответвитель [7].