Толковые словари о физике
термины,понятия,слова
А Б В Г Д Е Ё Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я C G K S
РАДИОВОЛНОВОДЫметаллич. трубы и диэлектрич. стержни или каналы, в к-рых распространяются радиоволны. Механизм их распространения в Р. обусловлен многократным отражением эл.-магн. волн от его стенок. Пусть плоская волна падает в вакууме на идеальную отражающую металлич.плоскость х=0 (рис. 1), причём электрич. поле Е волны параллельно этой плоскости. Суперпозиция падающей и отражённой волн образует плоскую неоднородную волну, бегущую вдоль оси oz: exp(iwt-ikzz), и стоячую волну вдоль оси ох: exp(iwt)sin(kxx). Здесь kx и kz — проекции волнового вектора k на оси ох и oz, w — частота волны. Узлы стоячей волны — плоскости, на к-рых Еу=0, отстоящие друг от друга на расстояниях x=np/kx (n=0, 1, 2, 3, . . .). В них можно помещать идеально проводящие тонкие металлич. листы, не искажая поля. Подобными листами можно ограничить систему с боков, перпендикулярно линиям Ey. Т. о., удаётся построить распределение эл.-магн. поля для волны, распространяющейся внутри трубы прямоугольного сечения (прямоугольный Р.). Построение поля путём многократного отражения плоских волн от стенок, поясняющее «механизм» его распространения в Р., наз. к о н ц е п ц и е й Б р и л л ю э н а.  Рис. 1. Падение плоской однородной волны на идеально отражающую поверхность х=0; пунктир — отражённая волна, заштрихованная область — распределение амплитуд поля Еу вдоль оси ох; в узлах этого поля можно помещать идеально проводящий лист, не внося искажений. Распространение волн в Р. возможно только при наклонном падении волны на стенки Р. (a?0). При норм. падении (a=0) kz=0, поле перестаёт зависеть от z, и волна оказывается как бы запертой между двумя плоскостями. В результате в Р. образуются нормальные колебания, частоты к-рых wn определяются числом полуволн n, укладывающихся между металлич. плоскостями: wn=сnp/d (d — расстояние между металлич. плоскостями). Эти частоты наз. критич. ч а с т о т а м и Р. Нижняя критич. частота wкр=pc/d соответствует n=1.  Рис. 2. Формы поперечного сечения некоторых радиоволноводов. Внутри Р. могут распространяться волны только с частотами w>wкр, или l  где m и n — числа стоячих полуволн, укладывающихся вдоль а и 6. Чем больше т и n, тем сложнее поле в Р.  Рис, 3. Структура поля волны ТЕ10 в прямоугольном волноводе; сплошные линии — силовые линии электрич. поля, пунктирные — магн. поля.  Рис. 4. Структура поля волны ТЕ11 в прямоугольном волноводе.  Рис. 5. Структура поля волны TM11 в прямоугольном волноводе.  Рис. 6. Структура поля волны TM01 в круглом волноводе.  Рис. 7. Структура поля волны ТЕ01 в круглом волноводе.  Рис. 8. Структура поля волны TM11 в круглом волноводе.  Рис. 9. Структура поля волны ТЕ11 в круг-дом волноводе. Наименьшее wкр соответствует n=1, m=0, если bс (точнее, больше скорости однородной плоской волны в среде, заполняющей Р.) и всегда нелинейно зависит от частоты w, причём дv/дw<0, т. е. Р. подобен среде с норм. дисперсией (см. << ДИСПЕРСИЯ ВОЛН >>). Групповая скорость волны любого типа в Р. обратно пропорц. v: vгр=c2/v; она меньше скорости света с в вакууме. Т. к. v и vгр различны для разных мод, то для неискажённой передачи сигналов следует либо работать в диапазоне частот, допускающих распространение только одной, простейшей моды, либо, наоборот, пользоваться «сверхразмерными» многомодовыми Р., когда при v®c может быть сформирован почти оторванный от стенок волновой пучок (см. << КВАЗИОПТИКА >>, << ОПТИЧЕСКИЙ РЕЗОНАТОР >>). Возбуждение радиоволноводов осуществляется с помощью антенн: металлич. штыря (электрич. диполь), петли (магн. диполь), отверстия или щели (щелевая антенна). Электрич. диполь должен быть ориентирован по силовым линиям поля E нужной моды, петли должны пронизываться линиями Н, а щели прорезываться в стенках поперёк линий тока, т. е. вдоль линий Н. Эффективность возбуждения зависит также от характеристик антенны, оптимальным явл. равенство её внутр. сопротивления сопротивлению излучения в данную моду.  Рис. 10. Частотная зависимость коэфф. затухания К для моды TE11 круглого волновода из-за потерь в проводящих стенках. Затухание волн в радиоволноводах обусловлено потерями энергии в металлич. стенках или диэлектрич. среде. Частотная зависимость коэфф. затухания K(w) из-за потерь в стенках показана на рис. 10; при очень больших w потери растут с частотой для всех мод, кроме ТЕоп круглого Р. Диэлектрические радиоволноводы представляют собой стержни из диэлектрика или магнетика (обычно круглые). В естеств. условиях диэлектрич. Р.— это среды с плавным изменением диэлектрич. проницаемости e, обусловливающим формирование волноводного канала. Внутри диэлектрич. Р. плоские волны испытывают на границе раздела с внеш. средой полное внутр. отражение, образуя снаружи экспоненциально убывающие при удалении от Р. поля (поверхностные волны). Это возможно, когда скорость распространения вдоль Р. меньше скорости распространения плоских волн в окружающем пр-ве. Этим диэлектрич. Р. существенно отличаются от металлических. Другая их особенность состоит в том, что из-за неоднородности среды в них могут распространяться т. н. гибридные ЕН- или НЕ-волны. Они возникают и в экранированных системах с неоднородным заполнением. Аналоги таких Р. в оптике — волоконные системы (см. << ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА >>). Диэлектрич. Р., образуемые благодаря неоднородному распределению концентрации плазмы в ионосфере, обеспечивают сверхдальнее распространение радиоволн с малым ослаблением сигнала (см. << АТМОСФЕРНЫЙ ВОЛНОВОД >>, << РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН >>). При облучении нелинейного диэлектрика, магнетика или плазмы мощными радиоволнами внутри этих сред могут образовываться самоподдерживающиеся Р., но они, как правило, не обладают достаточным запасом устойчивости. Р. служат фидерными системами в радиолокац. и др. системах для передачи сигнала от передатчика в передающую антенну и от приёмной антенны к приёмнику. Фидерная система на СВЧ имеет вид волнового тракта, состоящего из различных волноводных узлов. Для сочленения Р. с разными поперечными сечениями применяются плавные волноводные переходы с перем. сечением. Осн. преимуществом металлич. Р. по сравнению с линиями передачи (двухпроводной симметричной линией и коаксиальным кабелем) явл. относителъно малые потери энергии. Причина состоит в том, что в экранированных Р. полностью отсутствует излучение энергии в пр-во; кроме того, при одинаковых внеш. размерах Р., и двухпроводной линии (или коаксиального кабеля) поверхность Р., по к-рой протекают электрич. токи (при распространении волны), обычно больше, чем поверхность проводов двухпроводной линии (или жилы коаксиального кабеля). Т. к. глубина проникновения токов во всех случаях определяется скин-эффектом, то плотности токов, а следовательно и джоулевы потери в Р. меньше, чем в линии. |
|
Вы можете поставить ссылку на это слово: будет выглядеть так: РАДИОВОЛНОВОДЫ |