Зворотній хвиля - фізична енциклопедія

ОБРАТНАЯВОЛНА - хвиля з протилежно спрямованими фазовою і груповою швидкостями. Вперше термін "О. в." введений в ВЧ-електроніці, де на взаємодії О. в. з електронними пучками заснована дія широкого класу СВЧ-приладів - ламп зворотної хвилі. Хвилі з подібними властивостями відомі також в просторово-періодичної. структурах і середовищах.
Найпростішими прикладами О. в. є системи з плоскими хвилями, зокрема в лініях передачі, де поширення хвиль можливо тільки уздовж до - л. певного напряму. В однорідних лініях передачі для гармонич. процессовkx). коли фазова швидкість дорівнює а групова швидкість існує О. в. при

Тут - дисперсійна характеристика (див. Дисперсія хвиль k), - хвильове число.
По суті vгр є швидкістю переміщення хвильового пакета - набору гармонич. хвиль з частотами з вузького інтервалу так що потік енергії S і її погонна щільність W пов'язані співвідношенням S = Wvгр. Оскільки W. взагалі кажучи, позитивна, то в О. в. напрямок перенесення енергії протилежно напрямку переміщення фаз.
Умова (*), згідно к-рому може виконуватися тільки в системах з т. Зв. аномальної дисперсією, коли На рис. 1 наведено кілька прикладів дисперсійних характеристик: для хвиль в порожнистих хвилеводах з замагніченій плазмою (1) і в хвилеводах, частково заповнених ізотропної плазмою (2), для швидких циклотронних хвиль в потоках заряджу. частинок, які направляються магн. полем (3).

Мал. 1. Дисперсійні характеристики зворотних хвиль (суцільні лінії); пунктирні лінії відповідають прямим хвилях.

У периодич. структурах, коли хвильові процеси можна представити у вигляді набору (ряд Флоке) просторів. гармонік
де D - період, зворотними є гармоніки з оскільки напрямок їх фазових швидкостей протилежно напрямку потоку енергії хвилі. При синхронному взаємодії однієї з таких просторів. гармонік з до - л. ін. хвилями, потоками частинок або просто періодично розташованими випромінювачами термін "О. в." відноситься і до хвилі в цілому, якщо вклад інших гармонік в енергообмін несуттєвий.
Напр. для ланцюжка зв'язаних маятників дисперсійна характеристика складається з отд. гілок (рис. 2), к-які в області 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 Як відомо, в потоках частинок, в лініях передач з активними елементами і взагалі в нерівноважних середовищах можливе поширення хвильових обурення з т. Зв. негативною "псевдоенергіей", т. з. хвиль, збудження яких брало призводить до зменшення енергії системи. Якщо така хвиля зворотна, то напрямок перенесення енергії в ній буде збігатися з напрямком фазової, а не груповий швидкості. О. в. з позитивною і негативною енергіями призводять до разл. ефектів при синхронному взаємодії їх зі звичайними прямими, хвилями. Якщо в першому випадку виникає смуга замикання (рис. 4, а), т. Е. Область частот де Imk 0 навіть при відсутності теплових втрат, то в другому - система стає абсолютно нестійкою і амплітуди обох взаємодіючих хвиль в смузі (рис. 4, б) наростають в часі експоненціально; причому в хвилі з отрицат. "Псевдоенергіей" це відбувається за рахунок зменшення енергії, а в хвилі з покладе. енергією - відповідно за рахунок її збільшення.
У однорідної і ізотропного середовищі групова швидкість vгр і хвильовий вектор k. визначає переміщення фаз можуть бути тільки паралельними (прямі хвилі) або антипаралельними (О. в.). Цікавим прикладом О. в. є плоскі ел - магн. хвилі в "екзотичній" середовищі з елект. і 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.

Мал. 2. Дисперсійна характеристика хвилі, що розповсюджується в ланцюжку упругосвязанних маятників. Ліва гілка (k <0) соответствует обратной пространственной гармонике.

Мал. 3. Електрична схема фільтру високих частот (а) і дисперсійна характеристика розповсюджується в ньому хвилі з негативною груповою швидкістю vгр <0 (б).

Мал. 4. Дисперсійні характеристики пов'язаних прямий і зворотної хвиль: обидві хвилі з позитивною енергією (а), одна з хвиль з позитивної, а інша з негативна енергія (б).

Літ. Брілюена Л. Пароди М. Поширення хвиль Б періодичних структурах, пер. з франц. М. 1959; Сілін Р. л. Сазонов В. П. Уповільнюючи системи, М. 1966; Веселаго В. Г. Електродинаміка речовин з одночасно негативними значеннями. "УФН", 1967, т. 92, с 517.