01-13. Спіральний хвилевід.

Спиральная линия задержки (спиральный волновод) является простейшим устройством, замедляющим электромагнитную волну. Он широко используется в лампах бегущей волны и антенных устройствах.

Одной из первых замедляющих структур, нашедших применение на практике, явился спиральный волновод, изображенный схематически на рис. 11.1.

Данная система представляет собой достаточно тонкий проводник, навитый на круглый цилиндр радиуса апо винтовой линии с некоторым постоянным шагом d.

Замедляющие свойства спирального волновода объясняются следующим. При возбуждении системы вдоль проводника распространяется волна тока, причем скорость этой волны с большой точностью равна скорости света в вакууме с. Поскольку путь тока вдоль провода значительно превышает проекцию этого пути на ось волновода, фактическая скорость распространения колебаний вдоль волновода уменьшается по сравнению со скоростью света.Степень замедления принято характеризовать коэффициентом замедления.который всегда меньше единицы.

Для нахождения коэффициента замедления спирального волновода рассмотрим развертку одного витка спирали (рис. 11.2).

Очевидно, что коэффициент замедления равен отношению путей волны вдоль оси волновода и вдоль проводника, т. е. , где а- угол намотки спирали.
Таким образом, в первом приближении фазовая скорость замедленной электромагнитной волны в спиральном волноводе определяется лишь геометрией спирали и не зависит от частоты.

Застосування (не обов’язково)

Это простое, на первый взгляд, свойство объясняет чрезвычайно высокую широкополосность лампы бегущей волны (ЛБВ), используемой в качестве усилителя СВЧ колебаний. Работа ЛБВ (рис. 11.3) основана на том, что часть кинетической энергии пучка электронов может быть передана электромагнитной волне, распространяющейся вдоль спирального волновода при условии синхронизма между электронным потоком и распространяющейся волной. Очевидно, что отсутствие зависимости фазовой скорости от частоты благоприятствует работе ЛБВ в широкой полосе частот.
Рассмотренное свойство спирального волновода находит также применение при создании так называемых спиральных антенн, способных работать в широкой полосе частот. Отметим , что равенство справедливо только при условии В противном случае волны «перескакивают» с витка на виток, в результате чего коэффициент замедления становится функцией рабочей частоты.