3.1.2. Отверстия связи

Весьма полезным элементом схем является небольшое отверстие, способное пропускать излучение. В этом случае на проводящей стенке нормальная составляющая магнитного поля и тангенциальная составляющая электрического поля исчезают, но тангенциальная составляющая магнитного поля и нормальная составляющая электрического поля могут быть отличными от нуля.

Бете [19] рассмотрел случай, когда линейные размеры диафрагм меньше, чем в этих условиях с достаточной степенью точности можно считать, что поле вблизи диафрагмы создается невозмущенными полями плюс поля в отверстии диафрагмы. Для удовлетворения граничных условий необходимо, чтобы на самом отверстии существовали тангенциальное электрическое поле и нормальная составляющая магнитного поля. Можно считать, что эти поля обусловлены электрическим диполем, пропорциональным и направленным перпендикулярно к стенке, а также магнитным диполем с напряженностью, пропорциональной расположенным в плоскости стенки. Коэффициентами пропорциональности будут поляризуемости отверстия; для отверстий и щелей поляризуемости могут быть вычислены [164].

Величины поляризуемостей для отверстий, прорезанных в стенке прямоугольного волновода, в котором распространяется волна вида приведены в таблице на рис. 3.3, а. Реактивное сопротивление небольших отверстий в таком волноводе равно

Величину реактивной проводимости центрального отверстия диафрагмы в круглом волноводе для колебаний вида можно представить выражением

Для колебаний вида величина реактивной проводимости определяется формулой

С увеличением размеров отверстия диафрагмы возникают резонансные явления [27, 180]. Резонансная длина щели шириной которая расположена по центру плоскости поперечного сечения прямоугольного волновода, дается эмпирическим соотношением [158]

Рис. 3.3. Отверстия связи в прямоугольном волноводе: а - таблица поляризуемостей; б - последовательно-последовательное соединение; в — параллельно-параллельное соединение; г - параллельно-последовательное соединение; д — последовательно-параллельное соединение.

Для малых уравнение (3.4) сводится к таким образом, в случае узкого прямоугольного отверстия диафрагмы резонансная частота почти точно совпадает с предельной частотой волновода, форма поперечного сечения которого аналогична форме отверстия диафрагмы. Такое соответствие сохраняется и для других форм поперечного сечения с малым отношением сторон, например для гребневых волноводов или волноводов с сечением гантелеобразной формы. Добротность резонансной диафрагмы, нагруженной на согласованные волноводы, равна

Вносимое отверстием затухание, выраженное в децибелах, при бесконечно тонкой диафрагме составляет

Если частота ниже резонансной и толщина диафрагмы становится большой, то затухание возрастает на величину, которая асимптотически приближается к величине затухания основного вида колебаний в волноводе. Поперечное сечение последнего соответствует

по форме и величине отверстию диафрагмы, а длина — ее толщине. Это дополнительное затухание может быть записано как

Общее затухание определяется выражением Коэффициент А зависит от толщины, приближаясь к единице для больших В случае узких отверстий величина А примерно равна 3 для медленно убывая с ростом Для круглых отверстий величина А немного больше единицы. На частоте бесконечно тонкая диафрагма с размерами щели вносит в волновод с сечением затухание 5,2 дб, в то время как диафрагма толщиной дает затухание 10,8 дб.

Отверстия могут быть также использованы для передачи энергии от одного волновода к другому [180]. Круглое отверстие обеспечивает в основном связь через электрическое поле, но обычно применяются узкие щели, связь в которых осуществляется только посредством магнитных полей. Как показано на рис. 3.3, б-д, в зависимости от геометрического расположения волноводов можно получить параллельную, последовательную или смешанную связь [38]. Исследована также связь через отверстия, удлиненные в направлении распространения волны [193].