Обратная волна. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Обратная волна

Обратная волна - волна с противоположно направленными фазовой и групповой скоростями. Впервые термин "О. в." введён в ВЧ-электронике, где на взаимодействии О. в. с электронными пучками основано действие широкого класса СВЧ-приборов - ламп обратной волны. Волны с подобными свойствами известны также в пространственно-периодич. структурах и средах.
Простейшими примерами О. в. являются системы с плоскими волнами, в частности в линиях передачи, где распространение волн возможно только вдоль к--л. определённого направления. В однородных линиях передачи для гармонич. процессов

kx), когда фазовая скорость равна

а групповая скорость

существует О. в. при

Здесь - дисперсионная характеристика (см. Дисперсия волн k ),- волновое число.
По существу v_грявляется скоростью перемещения волнового пакета - набора гармонич. волн с частотами из узкого интервала так что поток энергии S и её погонная плотность W связаны соотношением S = Wv_гр. Поскольку W, вообще говоря, положительна, то в О. в. направление переноса энергии противоположно направлению перемещения фаз.
Условие ( * ), согласно к-рому может выполняться только в системах с т. н. аномальной дисперсией, когда На рис. 1 приведено несколько примеров дисперсионных характеристик: для волн в полых волноводах с замагниченной плазмой (1) и в волноводах, частично заполненных изотропной плазмой (2), для быстрых циклотронных волн в потоках заряж. частиц, направляемых магн. полем (3).

Рис. 1. Дисперсионные характеристики обратных волн (сплошные линии); пунктирные линии соответствуют прямым волнам.

В периодич. структурах, когда волновые процессы можно представить в виде набора (ряд Флоке) пространств. гармоник
где D - период, обратными являются гармоники с поскольку направление их фазовых скоростей противоположно направлению потока энергии волны. При синхронном взаимодействии одной из таких пространств. гармоник с к--л. др. волнами, потоками частиц или просто периодически расположенными излучателями термин "О. в." относится и к волне в целом, если вклад остальных гармоник в энергообмен несуществен.
Напр., для цепочки связанных маятников дисперсионная характеристика состоит из отд. ветвей (рис. 2), к-рые в области k < 0 соответствуют обратным гармоникам, т. к. их фазовые скорости отрицательны, а направление групповой скорости, общей для всех пространств. гармоник, положительно. В фильтре высоких частот (рис. 3, а) О. в., в отличие от предыдущего, является и осн. гармоника, расположенная в интервале -ID < k <ID.
Как известно, в потоках частиц, в линиях передач с активными элементами и вообще в неравновесных средах возможно распространение волновых возмущении с т. н. отрицательной "псевдоэнергией", т. с. волн, возбуждение к-рых приводит к уменьшению энергии системы. Если такая волна обратная, то направление переноса энергии в ней будет совпадать с направлением фазовой, а не групповой скорости. О. в. с положительной и отрицательной энергиями приводят к разл. эффектам при синхронном взаимодействии их с обычными прямыми, волнами. Если в первом случае возникает полоса запирания (рис. 4, а), т. е. область частот где Imk0 даже при отсутствии тепловых потерь, то во втором - система становится абсолютно неустойчивой и амплитуды обеих взаимодействующих волн в полосе (рис. 4, б)нарастают во времени экспоненциально; причём в волне с отрицат. "псевдоэнергией" это происходит за счёт уменьшения энергии, а в волне с положит. энергией - соответственно за счёт её увеличения.
В однородной и изотропной среде групповая скорость v_гр и волновой вектор k, определяющий перемещение фаз могут быть только параллельными (прямые волны) или антипараллельными (О. в.). Интересным примером О. в. являются плоские эл--магн. волны в "экзотической" среде с электрич. и магн. проницаемостями < 0 и< 0, осуществимой в принципе с помощью искусств. рассеивателей. В анизотропной же среде понятия прямых и О. в. строго применимы лишь к вполне определённым направлениям, связанным с гл. осями тензоров восприимчивости или деформации.

Рис. 2. Дисперсионная характеристика волны, распространяющейся в цепочке упругосвязанных маятников. Левая ветвь (k < 0) соответствует обратной пространственной гармонике.

Рис. 3. Электрическая схема фильтра высоких частот (а) и дисперсионная характеристика распространяющейся в нём волны с отрицательной групповой скоростью v_гр < 0 (б).

Рис. 4. Дисперсионные характеристики связанных прямой и обратной волн: обе волны с положительной энергией (а), одна из волн с положительной, а другая с отрицательной анергиями (б).

Литература по обратным волнам

Бриллюэн Л., Пароди М., Распространение волн Б периодических структурах, пер. с франц., М., 1959;
Силин Р. л., Сазонов В. П., Замедляющие системы, М., 1966;
Веселаго В. Г., Электродинамика веществ с одновременно отрицательными значениями. "УФН", 1967, т. 92, с 517.

Н. Ф. Ковалев

к библиотеке к оглавлению FAQ по эфирной физике ТОЭЭ ТЭЦ ТПОИ ТИ

Знаете ли Вы, что cогласно релятивистской мифологии "гравитационное линзирование - это физическое явление, связанное с отклонением лучей света в поле тяжести. Гравитационные линзы обясняют образование кратных изображений одного и того же астрономического объекта (квазаров, галактик), когда на луч зрения от источника к наблюдателю попадает другая галактика или скопление галактик (собственно линза). В некоторых изображениях происходит усиление яркости оригинального источника." (Релятивисты приводят примеры искажения изображений галактик в качестве подтверждения ОТО - воздействия гравитации на свет)
При этом они забывают, что поле действия эффекта ОТО - это малые углы вблизи поверхности звезд, где на самом деле этот эффект не наблюдается (затменные двойные). Разница в шкалах явлений реального искажения изображений галактик и мифического отклонения вблизи звезд - 10¹¹ раз. Приведу аналогию. Можно говорить о воздействии поверхностного натяжения на форму капель, но нельзя серьезно говорить о силе поверхностного натяжения, как о причине океанских приливов.
Эфирная физика находит ответ на наблюдаемое явление искажения изображений галактик. Это результат нагрева эфира вблизи галактик, изменения его плотности и, следовательно, изменения скорости света на галактических расстояниях вследствие преломления света в эфире различной плотности. Подтверждением термической природы искажения изображений галактик является прямая связь этого искажения с радиоизлучением пространства, то есть эфира в этом месте, смещение спектра CMB (космическое микроволновое излучение) в данном направлении в высокочастотную область. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМА

Рыцари теории эфира