Линии поверхностной волны
Рассмотрим некоторые линии передачи, в которых имеют место поверхностные волны.
Пусть
на границу раздела двух диэлектриков,
удовлетворяющих условию
падает под углом
плоская параллельно поляризованная
волна.
Диэлектрическая пластина над идеально проводящей плоскостью
В
результате полного внутреннего отражения
падающая волна полностью отражается
внутрь области 1, т.е. амплитуда поля в
области 2 имеет экспоненциально затухающий
характер. Если одну из плоскостей
металлизировать (сделать идеально
проводящей), то при должном выборе
расстояния
структура поля в области
может быть сохранена. При этом прилегающий
к плоскости
слой диэлектрика
будет представлять собой направляющую
систему открытого типа.
Отметим,
что волну, распространяющуюся в
диэлектрическом слое, ограниченном
металлической плоскостью, можно
рассматривать как суперпозицию
парциальных волн, возникающих при полном
отражении первичной ТЕМ-волны от
поверхности идеального проводника (
)
и от границы раздела двух диэлектриков
(
).
Полное отражение от границы раздела
возможно при углах падения
.
При
условия полного отражения не выполняются,
и слой диэлектрика перестает играть
роль волновода. Для слоя фиксированной
толщины
условие
выполняется при вполне определенном
значении частоты
,
называемой критической частотой. Поэтому
волна в рассматриваемой системе может
распространяться только при
.
Таким образом, в системе, состоящей из металлической пластины, покрытой слоем диэлектрика, при могут распространяться направляемые Е- и Н-волны. Отметим некоторые особенности волн в такой направляющей системе: электромагнитная энергия переносится как в диэлектрике, так и прилегающей воздушной среде; амплитуды составляющих векторов поля в воздухе экспоненциально убывают по мере удаления от поверхности диэлектрика; средний за период поток энергии в направлении нормали к границе раздела «воздух-диэлектрик» равен нулю.
Световоды
Для передачи оптических сигналов наиболее часто используют волноводы поверхностных волн, называемые также световодами. Световоды существуют пленочные и волоконные: наибольшее распространение получили волоконные световоды, применяемые в волоконно-оптических линиях связи.
Волоконный
световод состоит из диэлектрических
сердечника и оболочки. Коэффициенты
преломления сердечника и оболочки равны
соответственно
и
,
причем
.
Коэффициенты преломления подобраны таким образом, чтобы при распространении света по световоду на границе сердечника и оболочки возникало полное внутреннее отражение, поэтому вся энергия, переносимая по световоду, сосредоточена в сердечнике и оболочке
На высоких частотах и при больших уровнях мощности для канализации электромагнитной энергии двухпроводные и коаксиальные линии становятся непригодными. В этих случаях используются металлические трубы-волноводы. Исследования показывают, что поля в полых трубах распределены более равномерно в поперечном сечении, чем в коаксиальной линии. Поэтому по полым трубам можно передавать большую мощность с меньшими потерями.
Существуют волноводы различной формы: прямоугольный, круглый, П-образный, Н-образный:
