Квазиоптические линии передачи
На волнах миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов волн используются линзовые и зеркальные линии передачи − лучевые волноводы, называемые также квазиоптическими линиями передачи.
Линзовая линия состоит из периодически расположенных на общей оси длиннофокусных диэлектрических линз:
Если расположить в фокусе первой линзы облучатель, то возбуждаемое им электромагнитное поле падает на линзу, линза фокусирует падающее поле, далее оно распространяется к следующей линзе. Если бы законы геометрической оптики выполнялись точно, то каждая линза формировала бы сходящийся пучок лучей, который попадал бы на следующую линзу. Однако полностью сходящийся пучок не формируется, и часть энергии на соседнюю линзу не попадает, что приводит к потерям на излучение. Другим недостатком линзовых линий являются потери в линзах − часть энергии отражается от поверхности линз, часть рассеивается внутри линзы, превращаясь в тепло. Свободными от таких потерь являются зеркальные линии:
В зеркальной линии электромагнитное поле источника падает на изогнутое зеркало. Линия состоит из периодически расположенных зеркал. Каждое зеркало подобно линзе фокусирует падающий на нее пучок и передает его на следующее зеркало.
Элементарный электрический излучатель. Составляющие электромагнитного поля
Элементарным
электрическим излучателем (вибратором)
называется отрезок проводника, по
которому протекает переменный
электрический ток, причем длина проводника
значительно меньше длины волны в вакууме
.
С физической точки зрения по элементарному электрическому излучателю ток протекает следующим образом. В разрыв излучающего проводника включается генератор (см. рисунок); ток проводимости от генератора проходит по одному из плеч излучателя, замыкается в виде токов смещения и через другое плечо возвращается в генератор.
Малость длины излучателя по сравнению с длиной волны позволяет рассматривать его как точечный источник электромагнитных волн. Действительно, в произвольно расположенную точку наблюдения Р приходят сферические волны, возбуждаемые всеми элементарными участками излучающего проводника.
Элементарный электрический излучатель представляет собой простейшую антенну, предназначенную для передачи электромагнитных колебаний в пространство. Поэтому большой интерес представляет нахождение структуры электромагнитного поля, возбуждаемого излучателем. Напряженности электрического и магнитного полей могут быть непосредственно выражены из потенциала через формулы перехода:
,
.
Вычисление
операции
должно быть проведено в сферической
системе координат. При этом вычисление
значительно упрощается, поскольку, с
одной стороны,
,
а с другой, отличные от нуля составляющие
и
не зависят от угла
,
так что
.
Проводя конкретные вычисления, получаем:
.
Итак, в электромагнитном поле, возбуждаемом элементарным электрическим излучателем, присутствует вектор , обладающий единственной азимутальной составляющей. В этом смысле можно усмотреть некоторое сходство с магнитным полем постоянного электрического тока, протекающего по бесконечному линейному проводнику. Как известно, силовые линии магнитного поля при этом также имеют вид концентрических окружностей, охватывающих проводник.
Составляющие вектора могут быть определены из векторного потенциала по формулам перехода, или, что более просто, из первого уравнения Максвелла
.
Проведя соответствующие вычисления, будем иметь:
