Получим уравнение для функции . Для этого перепишем (7.14) следующим
образом
. (7.18)
Учитывая, что
,
получим искомое уравнение
.
(7.19)
Из этого уравнения следует, что если мы выберем длину волны
внутри полосы пропускания и проведем касательную
к дисперсионной характеристике
, (7.20)
то она отсечет на оси ординат отрезок, равный . Из этого следует, что для фиксированной
частоты касательные к дисперсионным характеристикам всех пространственных
гармоник пересекаются в одной точке (т.к. все пространственные гармоники имеют
одну и ту же групповую скорость). Причем касательные не могут пересекать ось
ординат на отрезке
, т.к.
.
На рис. 7.4 приведены
дисперсионные характеристики ЗС для двух разных случаев – возрастания от 0 до
при
изменении длины волны от
до
(сплошная линия) и убывания от
до 0 (пунктирная линия).
Рис. 7.4
Приведем классификацию
дисперсионных характеристик ЗС. Каждая ЗС имеет бесконечное число волн,
распространяющихся в одну и другую сторону вдоль нее, однако групповая скорость
имеет строго определенное направление, которое примем за положительное
направление. Дисперсию пространственной гармоники называют положительной, если
групповая и фазовая скорости сонаправлены и отрицательной, если их направления
противоположны. Кроме того, по аналогии с оптикой различают нормальную и аномальную
дисперсии,
причем сама фазовая скорость может быть как положительной, так и отрицательной.
Таким образом, возможны следующие типы дисперсии волн в ЗС: положительная
нормальная, положительная аномальная и отрицательная нормальная. Отрицательная
аномальная дисперсия невозможна, т.к. групповая скорость ограничена скоростью
света. Рассмотрим свойства волн с различным типом дисперсии, основываясь на
выражении (7.18).
1.
Положительная нормальная дисперсия :
·
фазовая скорость всегда больше групповой ,
·
минимальное значение крутизны дисперсионной характеристики достигается для медленных волн, при этом
.
·
на границах полосы пропускания, где ,
.
2.
Положительная аномальная дисперсия :
·
фазовая скорость меньше групповой ,
·
крутизна дисперсионной характеристики может достигать значения , при этом
.
· групповая скорость не обращается в нуль. Следовательно, аномальная положительная дисперсия может существовать только в части полосы пропускания. Вблизи границ полосы пропускания тип дисперсии меняется на положительную нормальную.
3.
Отрицательная нормальная дисперсия :
·
минимальная крутизна дисперсионной характеристики равна , при этом
.
Рассмотрим вопрос о распределении СВЧ поля в замедляющих системах. Пространственные гармоники удовлетворяют волновому уравнению. Запишем его для напряженности электрического поля
. (7.21)
Подставим в это уравнение выражение для поля в виде ряда пространственных гармоник
. (7.22)
Умножив (7.22) на и проинтегрировав по
по периоду, получим уравнение для
пространственных гармоник
.. (7.23)
Запишем это уравнение для медленных волн в декартовой системе координат
. (7.24)
Предположим, что поле не зависит от одной из поперечных
координат . Это справедливо, например, для ЗС типа
плоской гребенки. Тогда решение будет иметь вид
. (7.25)
Для открытых ЗС . Таким образом, поле носит поверхностный
характер. Оно экспоненциально затухает по мере удаления от поверхности ЗС,
причем это затухание тем сильнее, чем больше номер пространственной гармоники.
Последнее следует из соотношения
.
Те же результаты можно получить и для ЗС спирального типа. Для этого запишем уравнение (7.23) в цилиндрической системе координат
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.