Электромагнитные волны - Вайнштейн Л.А.
Скачать (прямая ссылка):
Данная волна используется в диэлектрических антеннах, выполненных в виде сужающихся к концу стержней, для создания излучения, направленного вдоль оси стержня. При этом стержень обычно работает в одноволновом режиме.
Следует отметить, что палочковые клетки в сетчатке глаза, обеспечивающие сумеречное зрение (т. е. регистрирующие интенсивность света, а не его спектр), представляют собой широкодиапазонные приемные антенны световых йолн в виде диэлектричес-
229 Рис. 69. Поде несимметричной волны (основной), распространяющейся вдоль диэлектрического стержня при низких частотах
Рис. 70. Поле несимметричной волны (основной), распространяющейся вдоль проводящего стержня с весьма тонкой диэлектрической оболочкой
ких стерженьков, а колбочковые клетки, ответственные за цветное зрение, снабжены еще резонансными элементами — зрительными пигментами с различными спектрами поглощения.
Интересной замедляющей системой является металлический стержень с диэлектрической оболочкой, например провод, покрытый изолирующим слоем. Если считать металлический стержень идеально проводящим, то свойства волн в такой системе аналогичны свойствам волн, распространяющихся вдоль проводящей плоскости со слоем диэлектрика (ем. конец § 61). При достаточно низких частотах вдоль идеально проводящего цилиндра с диэлектрической оболочкой могут распространяться только две волны — симметричная и несимметричная. Симметричная волна при отсутствии диэлектрика переходит в поперечную волну однопро-водной линии (рис. 20,а), а несимметричная волна — в плоскую волну, возмущенную поверхностью стержня (рис. 70). Несимметричная основная волна аналогична такой же волне в диэлектрическом стержне; однако соответствующей симметричной волны в диэлектрическом стержне нет. Изложение теории волн в этой системе читатель найдет в § 63.
Как показано в § 59, конечное сопротивление металлического провода само по себе приводит к некоторому замедлению волны и превращает ее в поверхностную волну; диэлектрическая оболочка лишь усиливает замедление и уменьшает радиальную протяженность ,поля.
Из сказанного в конце § 60 вытекает, что диэлектрический слой на тонком проводе должен создавать симметричную поверхностную волну, выраженную гораздо сильнее, чем поверхностная волна, распространяющаяся вдоль диэлектрического слоя той же толщины на проводящей плоскости. V
230 К числу линий с поверхностными волнами принадлежат полос-ковые и щелевые линии, рассмотренные в § 37. Наличие диэлектрической прокладки в этих линиях замедляет волну и придает ей поверхностный характер: электромагнитное поле в пространстве вне диэлектрика как бы стягивается к полоске или щели. Это обстоятельство не мешает полю в полосковой линии вблизи полоски иметь на длинных волнах квазистатический характер, благодаря чему эту линию можно отнести к линиям первой группы и рассчитывать с помощью телеграфных уравнений.
Возвращаясь к диэлектрическому цилиндру в пустоте, надо отметить, что при p<voi = 2,405 он может поддерживать только распространение основной волны, о которой говорилось выше (см. также рис. 69), а при p>voi возможно распространение волн ?oi и H0I (§ 63). Параметр р для цилиндра определяется формулой (61.14), где под а следует понимать радиус цилиндра. Если цилиндр окружен средой с проницаемостями єо, Цо, то параметр р определяется формулой (61.21), а условие p<v0i по-прежнему гарантирует отсутствие высших поверхностных волн. В оптическом диапазоне одноволновый режим достигается при близости параметров волокна и оболочки, а при плавном радиальном распределении показателя преломления — малыми градиентами последнего.
Выше основное внимание уделялось волнам, распространяющимся вдоль диэлектрической структуры без затухания, т. е. с вещественным продольным волновым числом h. Комплексные волновые числа h могут возникать по следующим причинам: il) потери в диэлектрике; 2) потери на излучение; 3) образование так называемых комплексных волн.
Первая причина совершенно очевидна: волны в линиях первой группы (см. гл. VI) и в волноводах (см. § 50) из-за потерь в пространстве, занятом полем, приобретают затухание. В диэлектрических структурах затухание из-за потерь в диэлектрике, как правило, тем больше, чем больше замедление волны. Эта качественная закономерность объясняется тем, что фазовая скорость волны, распространяющейся, например, вдоль диэлектрического стержня в пустоте, есть «взвешенная средняя» скоростей с/ У^Єр (в диэлектрике) и с (в пустоте): чем больше энергии находится в диэлектрике, тем скорость ближе К с/V вр, чем больше энергии в пустоте, тем скорость ближе к с. Применительно к диэлектрической пластине это было отмечено в § 61. Связь между замедлением и затуханием возникает из-за того, что плотность потерь пропорциональна плотности электрической энергии в диэлектрике (т. е. I E12).
Вторая и третья причины действуют и при отсутствии обычных потерь, которым посвящены § 6 и 9. Поэтому в дальнейшем будем рассматривать идеальные диэлектрики и идеальные проводники.
Затухающие волны в диэлектрических структурах — это быст-
