18 Гребенчатые и другие замедляющие волны.

Система представляет собой периодическую последовательность канавок прямоугольного профиля, прорезанных в металлическом основании и ориентированных параллельно оси у. При определенных условиях в области над гребенчатой структурой может быть возбуждена поверхностная ЭМВ, которая распространяется в направлении продольной оси z. Напряженность поля этой волны с ростом поперечной координаты х уменьшается по экспоненциальному закону. Рассмотрим поле в области 2, которая представляет собой совокупность канавок, заполненных воздухом. Если ширина канавки значительно меньше длины волны, то в пределах отдельно взятой канавки поле практически неизменно вдоль координаты z. На границе раздела областей 1 и 2 касательные составляющие векторов электромагнитного поля должны быть непрерывны. Такое представление является приближенным- обусловлено малостью пространственного периода структуры по сравнению с рабочей длиной волны, вследствие чего можно не считаться с конечной толщиной металлических гребней и рассматривать всю область 2 как некоторую «искусственную среду», электродинамические свойства которой зависят лишь от соотношения между длиной волны и глубиной канавки.

Обычные граничные условия, согласно которым при х = 1 касательные составляющие векторов поля должны быть непрерывны, с точностью до несущественного общего множителя можно заменить так называемым импедансным граничным условием Zпов1 —Zпов2 Поверхностный импеданс должен быть чисто реактивным и носить индуктивный характер по аналогии с известной формулой Z_L=jwL.

Гребенчатая замедляющая структура не имеет диэлектрических элементов конструкции и поэтому удобна для использования в мощных электронных приборах и малогабаритных антеннах СВЧ- диапазона.

Одной из первых замедляющих структур - спиральный волновод,

Такой волновод представляет собой достаточно тонкий проводник, навитый на круглый цилиндр радиусом а по винтовой линии с некоторым постоянным шагом d. При возбуждении такого волновода вдоль проводника распространяется бегущая волна тока, причем скорость этой волны весьма близка к скорости света в вакууме.

Коэффициент замедления равен отношению длин путей вдоль проводника и вдоль оси волновода K_зам=1/sin a. Фазовая скорость замедленной электромагнитной волны в спиральном волноводе определяется лишь геометрией спирали и не зависит от частоты. Это свойство объясняет высокую широкополосность лампы бегущей волны (ЛБВ), которая используется в качестве усилителя СВЧ-колебаний. Работа ЛБВ основана на том, что при условии синхронизма между электронным потоком и распространяющейся волной часть кинетической энергии пучка электронов может быть передана электромагнитной волне. За счет этого амплитуда колебаний на выходе прибора существенно превосходит амплитуду колебаний на входе. Очевидно, что отсутствие частотной дисперсии (зависимости фазовой скорости волн от частоты) благоприятствует работе ЛБВ в широкой полосе частот.

19 Распространение эмв в анизотропной среде.

Некоторые материальные среды обладают анизотропией электромагнитных свойств. Это находит отражение в том, что материальные уравнения таких сред в самом общем виде имеют следующий вид: где— тензоры абсолютной диэлектрической и абсолютной магнитной проницаемостей соответственно. В частных случаях может проявляться только электрическая или только магнитная анизотропия. Например, для магнитно-анизотропной среды абсолютная магнитная проницаемость представляет собой тензор, в то время как абсолютная диэлектрическая проницаемость является скалярной величиной.

Внутренней причиной анизотропии является особенность атомно-молекулярного строения вещества, в частности упорядоченное пространственное расположение атомов в узлах кристаллической решетки. Любые монокристаллы (кварц, кремний, оксид алюминия и т. д.) анизотропны, различия состоят лишь в степени выраженности анизотропных свойств. Анизотропными становятся также аморфные вещества, помещенные в достаточно сильные постоянные электрические или магнитные поля.

Изучением распространения электромагнитных волн в анизотропных средах занимаются специальные разделы физики, в частности кристаллооптика.