Higher radial modes of azimuthal surface waves above the upper-hybrid frequency in cylindrical waveguides partially filled by plasma

Abstract

Azimuthal surface waves (ASWs) are known to be eigen waves of cylindrical metal waveguides partially filled by magnetoactive plasma. Zeroth radial modes were under study earlier. Their dispersion properties are known to be significantly influenced by the plasma column properties: its particle density, external axial static magnetic field, geometric dimensions, – rather than properties of the dielectric layer which separates the plasma column from the metal wall. Application of higher order ASWs in the low-frequency range was shown earlier to make it possible to get advantage of exciting ASWs with higher frequency than in the case of zeroth order ASWs without no change in the waveguide design. The present study generalises those investigation for the case of the waves above the upper hybrid frequency.

Відомо, що азимутальні поверхневі хвилі (АПХ) є власними хвилями циліндричних металевих хвилеводів, які частково заповнені магнітоактивною плазмою. Нульові радіальні моди АПХ вивчені раніше. Відомо, що на їхні дисперсійні властивості більш значною мірою впливають параметри плазмового стовпа: густина його частинок, зовнішнє аксіальне стале магнітне поле, геометричні розміри, – ніж властивості діелектричного шару, який відокремлює плазмовий стовп від металевої стінки. Раніше було показано, що застосування вищих радіальних мод АПХ в низькочастотному діапазоні дає можливість досягти перевагу при збудженні АПХ у вигляді більш високої частоти, ніж у випадку нульової радіальної моди АПХ, без жодних змін у параметрах хвилеводу. Ця робота узагальнює проведені раніше дослідження на випадок хвиль вище верхньої гібридної частоти.

Известно, что азимутальные поверхностные волны (АПВ) являются собственными волнами цилиндрических металлических волноводов, частично заполненных магнитоактивной плазмой. Нулевые радиальные моды АПВ изучены ранее. Известно, что на их дисперсионные свойства заметнее влияют параметры плазменного столба: плотность его частиц, внешнее аксиальное постоянное магнитное поле, геометрические размеры, – чем свойства диэлектрического слоя, который отделяет плазменный столб от металлической стенки. Ранее было показано, что применение высших радиальных мод АПВ в низкочастотном диапазоне позволяет достичь преимущества при возбуждении АПВ в виде более высокой частоты, чем в случае нулевой радиальной моды АПВ, без каких-либо изменений в параметрах волновода. Эта работа обобщает проведенные ранее исследования на случай волн выше верхней гибридной частоты.