Квазиоптические направляющие системы

В диапазоне сантиметровых волн в качестве канализирующих систем широко применяются прямоугольные и круглые металлические волноводы. Размеры волноводов выбираются из условия существования одноволнового режима. Но при длинах волн короче 1-2 мм эти волноводы применять нельзя, так как возрастают тепловые потери в стенках волноводов и повышаются технологические трудности изготовления волноводов. Рост затухания на высоких частотах объясняется уменьшением толщины поверхностного слоя, что ведет к росту сопротивления металлических стенок, причем коэффициент затухания увеличивается пропорционально . Например, если выбрать размеры прямоугольного волновода из условия распространения в нем только волны , то при мм коэффициент затухания становится равным 120 дБ/м, т.е., совершенно неприемлемой величине.

Увеличение поперечных размеров волновода позволяет уменьшить коэффициент затухания, но режим становится многоволновым, что приводит искажению передаваемого сигнала.

Указанные обстоятельства приводят к тому, что 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 (рисунок 49).

Рисунок 49 − Линзовая линия

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 радиационным потерям (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 (рисунок 50).

Рисунок 50 − Зеркальная линия

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. Уравнения для расчета линии можно получить методами геометрической оптики. Недостатком простой зеркальной линии является большая чувствительность к юстировке, в частности, к перекосу зеркал. Большей устойчивостью в этом смысле обладают перископические зеркальные линии, в которых два зеркала жестко скреплены друг с другом.