2.2.2. Затухание

Практические передающие линии обладают затуханием, обусловленным омическими потерями в проводниках [15, 102, 146, 163]. Коэффициент затухания волноводов для данного материала и рабочей частоты изменяется приблизительно, обратно пропорционально периметру; таким образом, для малых потерь волновод должен быть сделан большим.

Рис. 2.5. Влияние шероховатости на длину пути тока: а — шероховатость поверхности равна нулю; б - шероховатость мала по сравнению с глубиной поверхностного слоя (показана также вторичная текстура большого периода); в — шероховатость велика по сравнению с глубиной поверхностного слоя.

Более того, потери при наличии стоячей волны увеличиваются раз, если мощность постоянна на выходе источника, и в раз — если мощность постоянна на нагрузке. Потери в передающей линии возрастают при наличии твердых диэлектриков [73] и от полупроводящих пленок [111] на металлических стенках.

Небольшая глубина поверхностного слоя приводит к тому, что омические потери в линиях сверхвысоких частот очень зависят от малейших несовершенств поверхности. Так, из рис. 2.5 видно, что если неровности поверхности велики по сравнению с глубиной поверхностного слоя, то высокочастотные токи будут проходить большие пути. Морган [128] показал, что при величине шероховатости поверхности, равной глубине поверхностного слоя, коэффициент затухания возрастаете 1,60 раз; когда шероховатость поверхности в два раза больше глубины поверхностного слоя, то затухание возрастает в 1,80 раз; для

величины шероховатости поверхности, равной половине глубины поверхностного слоя, затухание возрастает в 1,20 раз. По этой причине удовлетворительной обработкой следует считать такую, при которой шероховатость не превышает для посеребренного волновода на частоте для алюминиевого волновода на частоте

Удельная проводимость металлических поверхностей при высоких плотностях тока изменяется [27]. Многочисленные измерения [18, 19, 121, 132, 134, 173, 178] на сверхвысоких частотах различных материалов с разной обработкой поверхности дали для гладких стенок большую по сравнению с расчетной величину затухания. Бенсон [20], проведший серию тщательно поставленных экспериментов на частоте сделал вывод, что расхождения обусловлены только шероховатостью поверхности. Были смонтированы небольшие отрезки волноводов, отполированные обычными способами, поверхность исследовалась с помощью проекционного микроскопа. С учетом шероховатости поверхности коэффициент затухания [100] в прямоугольном волноводе с воздушным заполнением, в котором распространяются колебания вида будет иметь вид

связаны с материалом стенок, определяются как отношения длин действительной и идеальной поверхностей соответственно для узкой и широкой стенок, коэффициент учитывает шероховатость поверхности в продольном направлении и для тянутых труб мало отличается от единицы. Для волновода с размерами 25,4 изготовленного из латуни с коэффициент затухания а равен Экспериментальные результаты показали, что максимальная величина равна 1,17, а составляет 1,25, при этом коэффициент затухания равняется вместо для Следовательно, увеличение затухания на величину более чем 20% от теоретического значения будет наблюдаться довольно редко.

Изучались [21, 155] удельная проводимость и шероховатость поверхностей, изготовленных электролитическим путем. Для того чтобы получить хорошие результаты, покрытие и полировка должны производиться при очень тщательном контроле. Было найдено, например, что меднение увеличивает примерно до величины 1,6, а приблизительно до величины 1,1. Добавление подсвечивающего агента значительно уменьшает шероховатость. Очень хорошая обработка поверхности была получена Эллисоном и Бенсоном [3, 5] на электрополированных поверхностях и на волноводах, изготовленных путем осаждения на стальные оправки.

В последнем случае все три коэффициента шероховатости не превышают при этом получается затухание, очень

близкое к идеальной величине. Эта работа по установлению соответствия между затуханием и текстурой поверхности была распространена на волноводы, изготовленные из алюминия [6] и ферромагнитных материалов [4, 221. Хотя магнитная проницаемость ферромагнитных материалов в диапазоне сверхвысоких частот уменьшается [1], наблюдалось довольно высокое затухание. Сообщалось [17] об измерениях для черных и цветных металлов на частоте 27 Ггц, а результаты Лендинга [105] показывают, что на миллиметровых волнах теллуристая медь имеет затухание меньшее, чем Монетное серебро.

В работах [44, 176] рассмотрено влияние тонкой пленки, нанесенной на внутренние стенки. Если удельная проводимость мала, то глубина поверхностного слоя велика, так что наибольшая часть тока будет протекать в металлической подложке. Так, затухание, вносимое, например, оксидной пленкой на алюминии, ничтожно. Подобным образом окиси, которые образуются на медном волноводе, будут непроводящими и мало влияют на затухание. С другой стороны, было найдено, что затухание в посеребренном волноводе увеличивается до 160% после продолжительного пребывания в коррозирующей атмосфере; это происходит из-за того, что поверхность оказывается покрытой сульфидами серебра, которые являются проводящими, но проводимость их много меньше проводимости самого серебра [246]. Родиевое покрытие, нанесенное сразу после гальванического, уменьшает это явление ценой более высокого начального затухания.