Волновод — искусственный или естественный канал, способный поддерживать распространяющиеся вдоль него волны, поля которых сосредоточены внутри канала или в примыкающей к нему области.
Содержание |
Различают экранированные волноводы с хорошо отражающими стенками, к которым относят волноводы металлические, направляющие электромагнитные волны, а также коаксиальные и многожильные экранированые кабели, хотя последние обычно причисляют к линиям передачи (длинным линиям). Однако практически все типы волноводов следует рассматривать как разновидность линий передачи. К экранированым волноводам относят также волноводы акустические с достаточно жёсткими стенками.
В открытых (неэкранированных) волноводах локализация поля обычно обусловлена явлением полного внутреннего отражения от границ раздела двух сред (в волноводах диэлектрических и простейших световодах) либо от областей с плавно изменяющимися параметрами среды (например, ионосферный волновод, атмосферный волновод, подводный звуковой канал). К открытым волноводам принадлежат и системы с поверхностными волнами, направляемыми границами раздела сред.
Основное свойство волновода — существование в нём дискретного (при не очень сильном поглощении) набора нормальных волн (мод), распространяющихся со своими фазовыми и групповыми скоростями. Почти все моды обладают дисперсией, то есть их фазовые скорости зависят от частоты и отличаются от групповых скоростей.
В экранированном волноводе фазовые скорости обычно превышают скорость распространения плоской однородной волны в заполняющей среде (скорость света, скорость звука), эти волны называются быстрыми. При неполном экранировании они могут просачиваться сквозь стенки волновода, переизлучаясь в окружающее пространство. Это так называемые утекающие волны. В открытых волноводах, как правило, распространяются медленные волны, амплитуды которых быстро убывают при удалении от направляющего канала.
Каждая мода характеризуется предельной частотой , называемой критической; мода может распространяться и переносить вдоль волновода поток энергии только на частотах , превышающих . Однако в некоторых случаях (многопроводные линии передачи, полые акустические волноводы) существуют моды, для которых , их называют главными или квазистатическими.
При больших волновод становится сверхразмерным (поперечные размеры волновода значительно превышают длину волны): тогда в нём одновременно распространяется множество мод, которые при определённых соотношениях между амплитудами и фазами могут группироваться в лучи. Пульсируя вдоль волновода, они периодически то отражаются, то отрываются от его стенок. В местах отрыва стенки можно убрать, заменив волноводы последовательно расставленными отражателями. Такие, а также аналогичные им линзовые системы относят квазиоптическим волноводам или к квазиоптическим линиям передачи (см. Квазиоптика).
Волновод лазера, волновод 1б31ес-с56.