1tom - 0225.htm
ff^ толь
о
X
о
только па частотах со, превышающих ci)Kp. Однако в некоторых случаях (многопроводные линии передачи, полые акустич. волноводы) существуют моды, для к-рых wKp≈ 0< их наз. главными или квазистатическим и.
При больших и) В. становится сверхразмерным (поперечные размеры В. значительно превышают длину волны): тогда в н╦м одновременно распространяется множество мод, к-рыо при опрсдсл. соотношениях между амплитудами и фазами могут группироваться в лучи. Пульсируя вдоль В., они периодически то отражаются, то отрываются от его стенок. В местах отрыва стенки можно убрать, заменив В. последовательно расставленными отражателями. Такие, а также аналогичные им линзовые системы относят кквазиоп-т и ч е с к и м В. или к квазиоптич, линиям передачи (СМ. Квазиоптика}. м. А. Миллер. ВОЛНОВОД АКУСТИЧЕСКИЙ ≈ участок среды, ограниченный п одном или двух направлениях стенками или др. средами, в результате чего устраняется или уменьшается расхождение волн в стороны, поэтому распространение звука вдоль участка происходит с ослаблением меньшим, чем в неогранич. однородной среде. Искусств. В. а.≈ обычно трубы, ограниченные звуконепроницаемыми стенками (напр., органные трубы, вен-тиляц. каналы, туннели). Естеств. В. а. ≈ обычно слои среды: напр., для низких частот звука океап представляет собой волновод в виде слоя воды, ограниченного с одной стороны грунтом, а с другой ≈ свободной поверхностью воды. В. а. может быть также образован вер-тик, слоистой неоднородностью среды (иаир,, подводный звуковой канал в океане): волны, пересекающие под малыми углами слой, в к- ром скорость звука имеет миним. значение, заворачивают к нему обратно в результате рефракции в смежных слоях с большей скоростью звука, как бы отражаясь от этих сло╦н (см. Гидроакустика). В отличие от труб, в к-рых звук распространяется прямолинейно (вдоль оси трубы), звук в слое может также распространяться в виде цилиндрически расходящихся или сходящихся волн.
Единств, вид волн, распространяющихся в В. а. без изменения своей структуры, ≈ нормальные волны (моды). В простейшем случае распространения звука в однородной непоглощающсй среде, заполняющей слой или трубу прямоугольного сечения, нормальная волна представляет собой гармоническую волну, бегущую (однородная норм, волна) или экспоненциально затухающую (неоднородная норм, волна) вдоль волновода, и синусоидальную стоячую волну в поперечном направлении. При данной частоте нормальные волны образуют бесконечный дискретный набор воли, различающихся фазовой скоростью и числом узловых линий звукового поля в поперечном направлении: каждой нормальной волне приписывают номер, равны]! числу этих линии. Распространение нормальной волны в В. а. характеризуется дополнит, дисперсией скорости; исключение составляют только нормальные волны нулевого номера: их скорость точно равна скорости звука и дисперсия зависит только от свойств среды, заполняющей В. а. Фазовая скорость нормальных волк ненулевого номера всегда больше, а групповая скорость меньше, чем скорость звука с в неогранич. среде, С увеличением частоты первая убывает, а вторая раст╦т и обе стремятся асимптотически к с. Для каждой нормальной волны
номера i имеется своя частота, паз. критической ш£р. тем большая, чем выше номер волны. Ниже этой частоты данная нормальная нолна и все волны высших номеров не распространяются, а представляют собой синфазные колебания с амплитудой, меняющейся вдоль волновода по экспоненц. закону. Исключение снова представляет нулевая нормальная волна в В. а. с абсолютно ж╦сткими или упругими стенками: эта волна может бежать при любой частоте, т. к. е╦ шкр=0» В В. а. любую свобод-НУЮ гармония, волну можно представить в виде супер-позиции нормальных волн разных номеров той же
частоты. При заданной частоте распространяется только конечное число нормальных волн низших номеров.
В В. а. со слоисто-неоднородной средой, как в искусственных, так и в естественных, также существуют дискретные наборы нормальных волн с аналогичными свойствами. При слоистой неоднородности среды, заполняющей волновод, стоячая волна в поперечном направлении уже не будет синусоидальной, но нормальные волны по-прежнему можно нумеровать по числу узловых линий в поперечном сечении. Дисперсионные свойства естеств. В. а. обычно существенно отличаются от дисперсионных свойств однородных волноводов.
Твердотельные В, а. обычно ограничены свободным! границами (стержни, пластины). Нормальные волны в таких В. а. образованы как сдвиговыми волнами горизонтальной (параллельной границе раздела} поляризации, так и совместно распространяющимися продольными и сдвиговыми волнами вертик. поляризации, преобразующимися друг в друга при отражениях на границах. Набор таких нормальных волн богаче, чем в жидких В. а. В частности, в них возможны нормальные волны с комплексными волновыми числами. В УЗ-тех-нологии твердотельными В. а. наз. также всякие устройства (стержни, концентраторы) для передачи колебат. энергии на нек-рое расстояние от источника или для введения колебат. энергии и к.-л. среду.
Лит.: Б р е х о в с к и х Л. М.. Волны в слоистых cpeuai, 2 изд., М., 1973; Р ж е в к и и с. Н,, Курс лекций по теория звука, М., 1900, гл. 6; Физическая акустика, под ред. У. Мэзо-на, пер. с англ., т. 1, ч. А, М., 19bti; И с а к о в и ч М. А., Общая акустика, М., 1973. М. А. Исаковт.
ВОЛНОВОД ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ≈ стержень из диэлектрика или канал внутри диалектрич. среды, вдоль к-рых могут распространяться направляемые имя эл.-магн. волны. В диапазоне сантиметровых и миллиметровых волн В. д. обычно применяют в качестве коротких трактов, связывающих отд. функциональные элементы установок (напр., для подвода эл.-магн, энергии к излучателям ≈ антеннам). В. д. оптич. диапазона получили назв. световодов (см. также Волоконная опти^ ко}', они, в частности, используются для многоканальной передачи сигналов на большие расстояния. Форма В. д. может быть произвольной, но наиб, часто изготавливают В. д. круглого, эллиптич. и прямоугольного сечений. Мн. В. д.» особенно это характерно для применяемых в волоконной оптике световодов, имеют неоднородную по поперечному сечению диэлектрич. проницаемость, как правило, монотонно убывающую от центр, оси к периферии. В. д. встречаются и в природных условиях благодаря возникновению естсств, неоднородного профиля диэлсктрич. проницаемости, напр. из- за неоднородности распределения концентрации плазмы в ионосфере, что обеспечивает сверхдальнее распространение радиоволн с малым ослаблением сигнала (см. Атмосферный волновод. Распространение радиоволн.} . При облучении нелинейного диэлектрика или плазмы мощными эл.-магн. волнами внутри этих сред могут образовываться самоподдерживающиеся В. д., но они не обладают достаточным запасом устойчивости и их трудно использовать для направленной передачи энергии (см. Самофоку сир о&ка света),
Механизм канализации эл.-магн. волн в В. д. связан с явлением полного внутреннего отражения. Наиболее просто это поясняется на примере слоистых В. д. Рассмотрим плоскопараллельную пластинку толщиной I, диэлектрич. проницаемость ъг к-рой больше диэлектрич. проницаемости е0 окружающей с╦ среды {рис., а]. Магн, проницаемость обеих сред обычно можно положить равной единице, часто внеш. средой является воздух, для к-рого е0 = 1. Пусть на верх, границу пластины (х~Ь/2) падает с внутр. стороны под нек-рым углом р плоская однородная волна. Если р больше
угла полного внутр. отражения р* (sin р*=
то эта волна полностью отражается и под тем же углом р падает па ниж. границу пластины (х≈ ≈ Ь/2; рис., б). Каждое такое отражение сопровождается изменением
")
}
