Файл: Семенов Н.А. Техническая электродинамика учеб. пособие для электротехн. ин-тов связи.pdf

рая лишь незначительно меняется по сечению волновода (рис. 12.20а): на очень низких частотах поле спирали представляет со­ бой поле соленоида, известное из теории стационарных полей. При этом волна движется вдоль спирали, не испытывая влияния дис­ кретности ее структуры, так как шаг спирали d намного меньше А.

Рис. 12.20

При увеличении частоты фазовая скорость быстро уменьшается и начинает сказываться спиральная намотка проводника. Из-за замедления Л=Ли/с уменьшается быстрее, чем А, так что парциаль­ ная волна, распространяющаяся со скоростью с, быстро переходит от движения вдоль оси к движению по спирали. Примерно при L/A=0,2 фазовая скорость почти достигает значения v = cs\nb (ф-ла (12.62)]. В какой-то мере устанавливается и структура поля (рис. 12.206), так как достигает своего установившегося значения поперечный коэффициент (12.4):

ность поля по окружности, определяемая отношением длины витка

п — произвольное число, не обязательно целое. Это не противоре­ чит физическому смыслу, так как волна, сделав оборот по спирали, не возвращается в исходную точку. Быстрота спадания поля при удалении по радиусу от спирали увеличивается с ростом коэффи­ циента £ и индекса п. Функции Кп и 1п можно рассчитывать и для нецелого п, однако ошибка не будет велика, если округлять п до ближайшего целого числа.

При п = L/A=0,44-0,6 спираль практически недисперсна; соответ­ ствующий диапазон частот можно считать оптимальным для ее

стержне. Именно в этой области наблюдается разрыв в характери­ стике (рис. 12.19); ори п « 0 , 8 фазовая скорость уменьшается скач­ ком, переходя на другую ветвь характеристики. Это связано с про­ странственным резонансом, возникающим в спирали при совпаде­ нии фаз парциальных волн на соседних витках спирали. При ре­

Второй пространственный резонанс при пта2 выражен еще в большей степени и может привести к срыву волны в ^спирали; об­ ласть n = L/,A,>l,5 практически не используется.

12.9.Возбуждение волноводов поверхностной волны

Вполых волноводах нераспространяющиеся волны образуют вокруг возбудителя реактивное поле, действие которого на входную цепь может быть окомпенсировано дополнительными реактивными эле­ ментами. В открытых волноводах поверхностной волны нераспрост­ раняющиеся волны уходят в пространство: создается паразитное излучение и снижается кпд возбудителя. Поэтому точечные возбу­ дители (штырь, петля, отверстие) использовать нельзя. Идеальный возбудитель поверхностной волны представляет собой волновой фронт бесконечной -протяженности, перпендикулярный оси волно­ вода. Распределение амплитуд и направление векторов элементов Гюйгенса по плоскости этого фронта должно полностью соответ­ ствовать распределению данной поверхностной волны по попереч­

часть поверхностной волны. Однако, если его поперечные размеры соответствуют граничному радиусу >г0 или граничному расстоянию Хо, его кпд близок к 90%, только небольшая часть поверхностной волны проходит вне указанных габаритов.

Возбудители строят по следующей схеме. Выбирают направляю­ щую систему со структурой поля в поперечном сечении, близкой к возбуждаемой волне, например, коаксиальную линию с волной ТЕМ для возбуждения волны типа Е0о в линии поверхностной вол­ ны (рис. 12.21) или гофрированном стержне; круглый волновод с

Коаксиальная

тния

ТЕМ

волной типа # п для возбуждения волны ЕНю в диэлектрическом волноводе '(рис. 12.22) или гофрированном стержне; прямоуголь­

внутрь (которого помещают замедляющую структуру. Здесь посте­ пенно формируется поверхностная волна, поэтому на выходной

Рис. Т2.23

апертуре рупора S, размеры которой должны соответствовать или превышать г0 или х0, распределение поля близко к распределению поля возбуждаемой волны. -Различие определяется конечными раз­ мерами апертуры и наличием проводящей поверхности рупора. Ру­ пор можно рассматривать как нерегулярный экранированный вол­ новод поверхностной волны. Амплитуда волны, отраженной от горловины рупора, определяется углом его раскрыв а, который по­ этому не должен превышать 60°.

•В спиральном волноводе обычно возбуждается парциальная волна, бегущая вдоль Проводника. Дл я этого коаксиальный кабель пропускают через отверстие экрана (рис. ,12.18). Его внешний про­ водник соединяют 'с экраном, а внутренний—с началом спирали.