13.4.3. Устройство с делением пучка

Электромагнитная волна, падающая под углом 45° на проволочную сетку, или на диэлектрическую пластину, делится на две части: одна часть проходит прямо, а другая отражается под прямым углом. Деление пучка происходит также в результате полного внутреннего отражения [124] при падении волны на границу раздела из среды с большим показателем преломления в среду с меньшим показателем преломления.

Рис. 13. 20. Зависимость ослабления от расстояния между диэлектрическими призмами. Кривые для случая падения под углом 45°, диэлектрическая постоянная равна 2,545. Наклон кривых при больших ослаблениях равеи 28,49 дб на длину волны.

Теоретическое рассмотрение [265] электромагнитного поля в окрестности границы раздела показывает, что волна, прошедшая через отражающую границу в менее плотную среду, затухает экспоненциально [347].

Если один диэлектрик расположен вблизи другого, как, например, в случае двух призм на рис. 13.20, То, как впервые заметил Бозе [24], происходит передача энергии из одной призмы в другую. Меняя расстояние между гранями призм, можно изменять от нуля до очень большой величины отношение переданной и отраженной мощностей. Теория такого аттенюатора была развита Шефером и Гроссом [209]. Пусть углы падения и преломления при прохождении волны из призмы в воздушный зазор. Если 0 больше критической величины угла, то из закона Снеллиуса с учетом соответствующего знака, получается

Определяя коэффициент затухания а как

можно вычислить амплитуды отраженной и прошедшей волн в зависимости от ширины воздушного зазора Если амплитуда падающей волны равна единице, то в случае, когда электрический вектор поляризован перпендикулярно плоскости падения, амплитуды отраженной и прошедшей волны равны соответственно

Когда электрический вектор параллелен плоскости падения, получаются следующие выражения:

На рис. 13.20 показаны графики для отраженной и прошедшей мощностей, рассчитанные для случая малых потерь при Влияние потерь в диэлектрике можно оценить с помощью уравнений (13.67) — (13.70), однако при значениях тангенса угла потерь, меньших 0,001, влияние потерь пренебрежимо мало. В неопубликованной работе Гарнхема (R. Н. Garnham) показано, что в такой упрощенный расчет затухания необходимо внести поправку на дифракцию, обусловленную конечными размерами апертуры. Если диаграмму направленности передающей апертуры представить в виде углового спектра и учесть зависимость затухания от углов, то можно сделать вывод, что при малых углах падения волны будут затухать меньше, нежели при больших. Эти эффекты приводят к поправочным членам второго и третьего порядков, которые при затухании, равном 50 дб, приблизительно равны соответственно —0,9 и — 0,1 дб.

Из уравнений (13.67) — (13.70) видно, что для обеих поляризаций прошедшая и отраженная волны находятся в квадратуре. Лайнс (A. W. Lines) в неопубликованной работе показал, что устройство из двух призм, изображенное на рис. 13.21, а, является оптическим эквивалентом обычного направленного ответвителя СВЧ, и на его основе можно сконструировать ряд практических систем. Например, сочетая это устройство с отражающими поверхностями, можно создать поглощающий волномер. В устройстве, изображенном на рис. 13.21, б, часть падающей мощности отражается направленным ответвителем в интерферометр, состоящий из одного

составного и одного металлического зеркала. При перемещении зеркала возникают такие положения, повторяющиеся через каждые полволны, при которых энергия, доходящая до детектора, резко падает. Поскольку различные элементы находятся внутри релеевского «цилиндра», то амплитуда поля вне диэлектрика затухает в поперечном направлении экспоненциально. На частоте призмы обычно имеют размер каждой стороны около 15 см.

Рис. 13. 21. Устройства квазиоптического типа на призмах: а — направленный ответвитель; б - поглощающий волномер; в - измеритель КСВ; г - согласующее устройство.

В изображенном на рис. 13.21, в измерителе стоячих волн небольшая часть падающей мощности отражается от зазора между призмами в направлении подвижного зеркала, отразившись от него, она направляется к детектору. Здесь отраженная мощность сравнивается с такой же частью мощности, отраженной от нагрузки. При перемещении зеркала получаются последовательные максимумы и минимумы, по которым обычным способом можно вычислить коэффициент отражения. Если ширину зазора между призмами выбрать так, чтобы затухание равнялось 3 дб, то получится устройство, обладающее свойствами обычного гибридного

соединения. Если, как показано на рис. 13.21, г, в боковые плечи поместить подвижные зеркала, то получится аналог обычного двойного тройника. На основе рассмотренных выше принципов можно сконструировать ряд вспомогательных устройств, таких, как нагрузки с очень малым и с очень большим коэффициентом отражения, причем, если желательно, то в устройство могут входить искусственные диэлектрики.

В сконструированном Калшоу и Джонсом [69] преобразователе линейной поляризации в круговую металлическая отражающая пластина находится на соответствующем расстоянии от гипотенузы одиночной призмы. В неопубликованной работе Калшоу использовал изменение фазы при полном внутреннем отражении для создания эквивалента ромба Френеля. Относительно плоскости падения разность фаз 6, которая появляется при полном внутреннем отражении между параллельной и перпендикулярной составляющими [235]

где — угол падения волны на поверхность раздела.

Если эту разность фаз можно сделать равной то падающая волна с линейной поляризацией будет преобразовываться в волну с круговой поляризацией. Для полистирола было найдено, что необходимы два отражения при угле равном Поскольку в уравнении (13.71) единственным, зависящим от частоты параметром является диэлектрическая проницаемость, то ромб Френеля оказывается широкополосным устройством.

Поскольку в устройствах оптического типа плотности потоков мощности невелики, то они могут выдерживать высокие пиковые мощности. Это обстоятельство особенно выгодно на милиметровых войнах и позволило автору построить рассогласующий блок для частоты Устройство состоит из двух рупорных излучателей, соединенных с волноводом размерами 0,71 X 0,36 см. Отражение при рассогласовании создавалось вставной поперечной полистироловой пластиной. Чтобы уменьшить зависимость от частоты и получить необходимый коэффициент отражения, на одной из сторон пластины были прорезаны щели, а другая была плоской. Входной волновод и рупор находились под добавочным давлением, а выходной рупор был связан с водяной нагрузкой для измерения мощности генератора. Продольное перемещение диэлектрической пластины давало рассогласование с различной фазой, но с постоянной амплитудой.

ЛИТЕРАТУРА

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)