Секция «Физика» Подсекция 6 «Радиофизика»

Герцог А.Н., Кожара Л.И., Одаренко Е.Н.

Харьковский национальный университет радиоэлектроники

61166, Харьков, пр. Ленина, 14, ХНУРЭ, факультет ЭТ

Возбуждение сверхразмерного волновода гауссовским волновым пучком

Исследование распространения электромагнитных сигналов в сверхразмерных линиях передачи является важным элементом разработки различных устройств СВЧ и оптического диапазона. Особенностью таких линий передачи является многомодовость, что накладывает определенные условия на их применение. В настоящее время многомодовые волноводы круглого и прямоугольного сечения широко используются в мощных электронных приборах СВЧ и субмиллиметрового диапазона: гиротронах и лазерах на свободных электронах (ЛСЭ). Применение в таких приборах открытых резонаторов обусловливает структуру выходного сигнала – фактически он представляет собой Гауссовский волновой пучок. В связи с этим актуальной является задача исследования распространения таких волновых образований в сверхразмерных линиях передачи.

В данной работе рассматривается упрощенная модель возбуждения Гауссовским пучком сверхразмерного волновода, сформированного двумя плоско-параллельными пластинами. В качестве базовой используется известная из литературы задача о возбуждении сверхразмерного волновода плоской монохроматической волной. Такая задача дифракции может быть решена в строгой постановке с учетом всех краевых явлений на открытом конце сверхразмерного волновода. В работе используется упрощенный вариант постановки задачи, основанный на приближении Гюйгенса-Кирхгофа.

Решение задачи для плоской волны позволяет перейти к задаче для волнового пучка в соответствии с концепцией представления пучка в виде совокупности плоских волн, распространяющихся под различными углами. Такое представление позволяет дать наглядное физическое толкование полученным результатам, исходя из более простых закономерностей возбуждения сверхразмерного волновода плоской монохроматической волной.

Полученные в работе результаты позволяют анализировать закономерности распространения сигнала в сверхразмерном волноводе для различных значений геометрических параметров Гауссовского пучка и угла падения пучка на открытый конец волновода. Кроме того, учитывается взаимное расположение оси волновода и центра волнового пучка. Для визуализации результатов численных расчетов используется построение поля вектора Умова-Пойнтинга, характеризующего интенсивность и направление потока энергии. На рис. 1 представлено пространственное распределение векторного поля для случая нормального падения волнового пучка на открытый конец волновода (a – поперечный размер волновода, w – радиус пучка). Длина рассматриваемого участка волновода равна 100l (l – длина волны).

Распределение поля вектора Умова-Пойнтинга для наклонного падения пучка представлено на рис. 2. Длина волновода – 500l. В обоих случаях наблюдается периодичность распределения векторного поля, причем в случае наклонного падения возможна реализация структуры поля, практически соответствующая приближению геометрической оптики.

Сведения об авторах

1. Герцог Андрей Николаевич

2. Кожара Любовь Игоревна

3. Одаренко Евгений Николаевич, тел. 8-057-702-10-57, e-mail: oen@kture.kharkov.ua