Поверхностная волна на границе раздела двух полубесконечных диэлектрических сред

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 8Следующая ⇒

Граница раздела двух диэлектриков становится замедляющей поверхностью, если из среды с большей диэлектрической проницаемостью на эту границу наклонно падает плоская электромагнитная волна, причем угол падения превышает критический (напомним, что критический угол падения носит также название угол полного внутреннего отражения).

В соответствии с законами геометрической оптики в данном случае падающая волна должна полностью отразиться непосредственно от границы раздела. Однако более подробный анализ показывает, что благодаря инерции падающая волна не может мгновенно изменить направление

своего движения и проникает на небольшую глубину в среду с меньшей диэлектрической проницаемостью, проходя в ней ограниченный путь по криволинейной траектории (рис. 1). После этого волна возвращается в среду с большей диэлектрической проницаемостью и продолжает двигаться в ней уже в виде плоской однородной отраженной волны.

В результате, в среде с меньшей диэлектрической проницаемостью параллельно границе раздела будет распространяться медленная неоднородная плоская волна, амплитуды векторов E и H которой экспоненциально убывают в направлении нормали к границе раздела, а сами векторы (или один из них) имеют и параллельные, и перпендикулярные к плоскости фазового фронта этой волны составляющие (поверхностная волна).

В среде с большей диэлектрической проницаемостью также параллельно границе раздела будет распространяться быстрая неоднородная плоская волна, образованная суперпозицией отраженной и падающей плоских однородных волн. Амплитуды векторов E и H этой волны изменяются в направлении нормали к границе раздела не по экспоненциальному, а по периодическому (синусоидальному или косинусоидальному) закону, а сами векторы (или один из них) имеют и параллельные, и перпендикулярные к плоскости фазового фронта этой волны составляющие.

Медленная поверхностная волна в среде с меньшей диэлектрической проницаемостью и быстрая неоднородная плоская волна в среде с большей диэлектрической проницаемостью имеют одинаковую фазовую скорость, которая для среды с меньшей диэлектрической проницаемостью оказывается меньше, чем скорость света в данной среде, а для среды с большей диэлектрической проницаемостью – больше, чем скорость света в данной среде. Эти волны распространяются в одном направлении и представляют собой единый волновой процесс.

53. Линия передачи поверхностных волн в виде диэлектрической пластины на металлическом основании расположенном в воздухе.

Если диэл. пластину, размещенную на металлическом основании ввести в раскрыв. Излучающего рупора, то возбужденные рупором внутри пластины ЭМВ будут падать на границу раздела диэл. воздух под разными углами, в том числе и Отразившись первый раз, упадут на металлическое основание и отразятся от него. И т.д.

Внутри диэл. пластины в направлении оси будет распространяться быстрая плоская неоднородная волна, а в воздухе над пластиной в том же направлении – поверхностная волна.

54. Линия передач поверхностных волн в виде гребенчатой плоской металлической структуры расположенной в воздухе

Гребенчатую структуру при определенных соотношениях между ее размерами и длиной волны можно рассматривать как слой искусственного диэлектрика, имеющего реактивный поверхностный импеданс. Физически, возникновение поверхностной волны можно объяснить увеличением пути поддерживающего ее поверхностного тока, текущего в направлении, перпендикулярном гребням, за счет проникновения его в канавки гребенчатой структуры.

На рис. приняты следующие обозначения: а - ширина канавки, b -ширина гребня, h - высота гребня (глубина канавки), d=а+b -период гребенчатой структуры. Плоскость S, вдоль которой распространяется поверхностная волна, совпадает с вершинами гребней, параллельна плоскости YZ и находится от нее на расстоянии h. Декартову систему координат расположим таким образом, чтобы плоскость YZ совпадала с дном канавок, ось Z была направлена перпендикулярно гребням и канавкам, а ось Y - параллельно им. Вдоль осей Y и Z структура предполагается бесконечно длинной. Если электрические токи, протекающие по поверхности металла такой структуры, ориентированы вдоль оси Z, то за счет канавок их путь удлиняется по сравнению с расстоянием, определенным непосредственно вдоль оси Z. При определенных соотношениях между размера-ми гребенчатой структуры и длиной волны это приводит к замедлению фазовой скорости электромагнитной волны, распространяющейся над плоскостью S в направлении оси Z.

Поверхностные электрические токи, текущие перпендикулярно гребням, могут существовать только в том случае, если силовые линии вектора напряженности магнитного поля электромагнитной волны, возбуждающей их, находятся в плоскости, перпендикулярной направлению этих токов, т. е. в плоскости XY. Другими словами, эти токи могут быть возбуждены только распространяющейся в направлении оси Z волной класса Е, вектор Н которой полностью лежит в плоскости XY. Таким образом, в отличие от ЛП в виде диэлектрической пластины, в которой могут существовать поверхностные волны класса Е и класса Н, вдоль металлической гребенчатой структуры могут распространяться только поверхностные волны класса Е. Строгий анализ показывает, что поле над гребенчатой структурой представляет собой суперпозицию поверхностных волн, поперечные коэффициенты затухания которых растут с увеличением номера гармоники и уменьшением периода структуры d.

В то же время, при достаточно малом, по сравнению с длиной волны, периоде структуры основной вклад в ЭМВ над гребенчатой структурой вносит первая (основная) гармоника. Условие, при котором влиянием всех гармоник, кроме первой, можно пренебречь, выглядит следующим образом: d< 0, 1λ /ξ. Вдоль гребенчатой структуры могут распространяться только поверхностные волны класса Е. ЭМ поле в канавках гребенчатой структуры можно рассматривать как поле стоячей волны в закороченной на конце длинной линии. ЭМВ в канавке представляет собой плоскую поперечную волну, векторы Е и Н которой имеют только поперечные составляющие.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 8 Следующая ⇒