Изучение распространения электромагнитных волн в металлических трубах было начато ещё в конце XIX века. Вторично к этой теме радиотехника вернулась около 30-х годов нашего столетия. К этому времени физика и техника ультравысоких частот достигли такой степени развития, что практическое освоение диапазона сантиметровых волн стало уже реальной задачей. Именно для этого диапазона и понадобились волноводы.
Настоящая книга посвящена только прямым («регулярным») волноводам постоянного сечения. В ней дан разбор многочисленных печатных работ, ознакомление с которыми в подлинниках доступно не всякому читателю. Вопросы излучения с концов волноводов и рупоров, влияние искривлений и разветвлений волноводов, а также вопросы их возбуждения авторы рассмотрят в намечаемом продолжении этой кнши.
В изложении применён всюду термин «волновод». Авторы считают это слово весьма удачным примером русского, достаточно выразительного и правильного словообразования.
Книга рассчитана на читателя с серьёзной инженерной подготовкой, тем не менее во вступительной главе авторы сочли полезным в возможно сжатой форме напомнить некоторые основные положения электродинамики, необходимые для дальнейшего изложения. Аналогичные пояснения с той же целью приводятся и в других местах книги.
Стремясь изложить с достаточной полнотой теоретическую сторону темы, авторы в то же время постарались дать и возможно более полную, систематизированную сводку имеющихся в литературе экспериментальных результатов. Основные выводы теории сведены в обзорные таблицы, что, по мнению авторов, облегчает и экспериментальную работу.
Основные положения книги были доложены и обсуждены на научных коллоквиумах и заседаниях секции распространения ультракоротких волн Научного совета по радиофизике и радиотехнике Академии Наук СССР, а также кафедры радиотехники Отдельного Военного факультета связи Красной Армии в период
1 Q4..4 и ияип па 1 Q44 гг
Литература вопроса обработана в объёме, который был в' распоряжении авторов к моменту написания книги, т. е. к маю 1944 г.
Первый опыт достаточно полного и систематизированного изложения вопроса о волноводах, возможно, не свободен от недостатков, в известной мере объясняемых трудностями и относительной новизной темы. Авторы надеются, что подобных недостатков будет немного, и с благодарностью примут и учтут все пожелания и замечания читателей.
Б. А. Введенский и А. Г. Аренберг.
ОГЛАВЛЕНИЕ.
Введение .......................... 7
Глава 1. Электродинамические предпосылки........ 16
§ 1. 1. Уравнения Максвелла. Граничные условия...... 16
§ 1. 2. Вектор Пойнтинга......• . • . •....... 21
§ 1. 3. Волновое уравнение................. 23
Глава 2. Волноводы прямоугольного сечения........ 25
§ 2. 1. Интегрирование волнового уравнения........ 25
§ 2. 2. Определение констант.......•........ 28
Глава 3. Электрические волны (волны ?=7VW)........ 30
§ 3. 1. Компоненты поля.................. 30
§ 3. 2. «Электрический» вектор Герца............ 34
§ 3. 3. Определение компонент поля с помощью вектора Герца 38
Глава 4. Структура поля в прямоугольных волноводах ... 40
§ 4. 1. Структура поля в поперечном сечении.....• . . 40
§ 4. 2. Структура поля в продольных сечениях....... 45
Глава 5. Магнитные волны (волны Н^^ТЕ).......... 48
§ 5. 1. «Магнитный» вектор Герца.............. 48
§ 5. 2. Компоненты поля........• . . ....... 50
§ 5. 3. Структура поля................... 52
Глава 6. «Продольные» вошы (волны LM и LE)....... 59
§ 6. 1, Электрическое возбуждение («магнитные волны LM»). 59
§ 6. 2. Магнитное возбуждение («электрические волны LE») . 62
§ 6. 3. Вырожденные случаи................. 64
Глава 7. Элементарные (парциальные) волны........ 66
§ 7. 1. Концепция Бриллюэна................ 66
§ 7. 2. Парциальные волны в волноводах.........• 70
Глава 8. Волноводы круглого сечения............ 73
§ 8. 1. Вектор Герца.................... 73
§ 8. 2. Электрические волны................ 75
§ 8. 3. Компоненты поля электрических волн........ 78
§ 8. 4. Магнигные волны........•......... 84
§ 8. 5. Дискуссия............•.........• ^>8
Глава 9. Волноводы эллиптического сечения........ 90
§ 9. 1. Возможные типы волн................ 90
с.
§ 9. 2. Структура поля «эллиптических волн»........ 94
§ 9. 3. Предельные волны................... 95
Глава 10, Потери в волноводах прямоугольного сечения. . 97
§ 10. 1. Постановка задачи. Поток энергии......... 97
§ 10. 2. Подсчёт потерь в случае электрических волн .... 99
§ 10. 3. Потери при магнитных волнах.......... .' Ю4
§ 10. 4. Дискуссия................... . . 106
Глава 11. Потери в круглых и эллиптических волноводах. . НО
§ 11. 1. Строгое решение для волны Е........... НО
§ 11. 2. Постоянная распространения и коэффициент поглощения...................... 112
§ 11. 3. Расчёт по методу скин-эффекта........... 115
§ 11. 4. Дискуссия...................... 119
Глава 12. Волноводы, заполненные диэлектриком ?>1 . . . 123
§ 12. 1. Случай заполнения идеальным диэлектриком..... 123
§ 12. 2. Заполнение волновода поглощающим диэлектриком 129
Глава 13. Основная аппаратура............... 133
§ 13. 1. Общие соображения................. 133
§ 13. 2. Аппаратура для затухающих колебаний....... 135
§ 13. 3. Аппаратура Саутворта -............... 137
§ 13 4. Аппаратура Бэрроу, Чу и Грина.......... 143
§ 13. 5. Аппаратура Клавье и Альтовского ......... 146
§ 13. 6. Аппаратура Студенкова . .............. 149
Глава 14. Проверка осноиных положений теории...... 152
§ 14. 1. Общие положения ,................ 152
§ 14. 2 Скорость распространения волн. Предельные волны . 154
§ 14. 3. Структура поля. Поглощение............ 162
§ 14. 4. Влияние деформаций ................ 167
Глава 15. Фильтрация и преобразование (трансформация) волн 169
§ 15. 1. Объёмные фильтры................. 169
§ 15. 2. Трансформация волн . •.....•.-..• • • . . 172
Приложение ......•.............• .. 176
Литература.................;....... 181
Некоторые патенты . . ................ 187
Предметный и именной указатель......... 189
ВВЕДЕНИЕ.
1. Одной из основных задач, которую приходится решать при осуществлении почти всякой радиоустановки, является задача канализации электромагнитной энергии от передатчика к передающей антенне и к приёмнику от приёмной антенны. Классическим способом решения этой задачи является применение фидеров той или иной общеизвестной конструкции. Но простейший двухпроводный фидер («лехер»), как известно, обладает вполне определённым, хотя и сводимым до минимума излучением. Это влечёт за собой не только увеличение потерь (что сравнительно мало сущее венно из за малости длин), но иногда и вредное обратное влияние на различные части аппара--туры, искажение направленности антенн, антенный эффект и т. д. Экранированные, а также концентрические фидеры также не вполне свободны от этих недостатков. Кроме того, усложняются вопросы связи таких фидеров с антеннами и приёмно-передающей аппаратурой.
Существенными конструктивными недостатками обычных фидеров является также необходимость применения изоляторов. Следствием этого является не только повышение потерь, но и возможность превращения такого фидера в своего рода фильтр, срезающий высокие частоты, не говоря уже о неоднородностях волнового сопротивления. Кроме того, при малых, по необходимости, зазорах между проводами передача сколько-нибудь значительных мощностей по обычному фидеру становится затруднительной.
Особенно сильно все эти недостатки начинают сказываться при значительном укорочении рабочей длины волны, когда все виды потерь возрастают и становится необходимым существенное уменьшение поперечных размеров фидера.
Теория фидерных систем доведена до предельной простоты и прозрачности. Однако, вся она базируется (а это иногда забывается!) на • предположении исчезающей малости поперечных размеров всех проводников по сравнению с длиной волны.
