Квазиоптика

Уже из сравнения направленной антенны с прожектором видна близость методов, применяемых на сверхвысоких частотах, к оптическим методам. С уменьшением длины волны оптические свойства СВЧ волн приобретают все большее значение. Особенно широко квазиоптические (почти оптические) методы применяются в субмиллиметровом диапазоне, где длины волн составляют доли миллиметра (частота выше 300 ГГц). Ведь субмиллиметровый диапазон граничит с инфракрасным диапазоном, а это уже свет, хотя и невидимый.

Поставим параллельно друг другу две хорошо отполированные металлические пластинки диаметром 10-20 см. Если к маленькому отверстию в одной из них присоединить волновод, излучающий субмиллиметровые волны (рис. 13, а), то эти волны отразятся от второй пластинки, вернутся к первой, отразятся от нее, вновь направятся ко второй пластинке и т. д. В пространстве между пластинками возникнут колебания электромагнитного поля, которые почти не будут уходить в стороны, несмотря на отсутствие боковых стенок.

Мы получили новый тип резонатора, который называется открытым резонатором. Еще лучше работает открытый резонатор с вогнутыми зеркалами -в нем потери на излучение из пространства между зеркалами в стороны меньше (рис. 13, б). Есть и другие типы открытых резонаторов.

Рис. 13. Открытые резонаторы и открытые волноводы: а - открытый резонатор с плоскими зеркалами; б - со сферическими зеркалами; в - линзовая линия; г - зеркальная линия.

Открытые резонаторы пришли в субмиллиметровом диапазоне на смену обычным полым резонаторам, которые здесь применять нецелесообразно. На миллиметровых волнах открытые резонаторы тоже используются. Применять их на более длинных волнах нет смысла, так как размеры их были бы слишком велики. Ведь если размеры обычного контура много меньше его рабочей длины волны, а размеры полого резонатора соизмеримы с длиной СВЧ волны, то размеры открытого резонатора должны во много раз превышать длину волны. Это напоминает оптику, где размеры линз, зеркал и других элементов аппаратуры во много раз превышают длину световой волны.

Кстати, открытые резонаторы широко применяются и в оптике. Рубиновый стержень или любое другое рабочее вещество лазера обязательно помещается между двумя параллельными зеркалами, т. е. внутри открытого резонатора (в оптике такой резонатор принято называть интерферометром Фабри - Перо).

Субмиллиметровые волны, как и свет, можно фокусировать линзами. Только линзы делают не из стекла, а из тефлона и других диэлектриков. Из ряда расположенных на общей оси на расстоянии друг от друга длиннофокусных диэлектрических линз можно составить линию передачи нового типа - линзовую линию (рис. 13, в). Пучок электромагнитных волн, пройдя через первую линзу, на пути ко второй линзе сначала сужается благодаря фокусирующему действию первой линзы, но потом начинает расширяться из-за дифракции электромагнитных волн. Но тут он попадает на вторую линзу, которая вновь подфокусирует пучок, не давая электромагнитной энергии уходить в стороны от направления распространения. Так электромагнитные волны и идут от линзы к линзе. Лишь небольшая часть их энергии рассеивается в стороны и поглощается в материале линз.

Вместо обычных волноводов, которые на волнах короче 1 мм почти не применяются из-за увеличения потерь энергии в стенках и трудностей изготовления волноводов малого сечения, мы получили открытый волновод.

Другой распространенный тип открытого волновода очень похож на открытый резонатор - он состоит из периодически расположенных вогнутых металлических зеркал (рис. 13, г). Пучок электромагнитных волн путешествует между этими зеркалами, причем каждое зеркало подфокусирует пучок.

перейти к началу страницы