1. Линии передачи: определение; регулярные, нерегулярные, однородные, неоднородные. Открытые, закрытые – их достоинства и недостатки, применения. Примеры.

ЛП – устройство, ограничивающее область распространения электромагнитных колебаний и направляющее поток электромагнитной энергии в заданном направлении. Направление распространения определяется взаимным расположением источника ЭМ колебаний и нагрузки в ЛП. Источником ЭМ колебаний может служить генератор, подключенный к ЛП, приемная антенна, и пр. Нагрузкой служат: устройство преобразующее ЭМ энергию в тепло, излучающая (передающая) антенна и пр. Примеры ЛП: коаксиальный проводник, витая пара, телефонный кабель, волновод.

К СВЧ устройствам относят отрезки ЛП и преобразователи СВЧ энергии, ответвители, фильтры, вентили. Совокупность СВЧ устройств образует тракт СВЧ.

Регулярные ЛП– ЛП, в продольном направлении которой неизменны поперечное сечение и электромагнитные свойства заполняющих ее сред. (Волновод)

Нерегулярные – Если одно из условий регулярности отсутствует. (Резонатор ???)

Однородные ЛП– ЛП, поперечное сечение которой заполнено одной средой. (витая пара, коаксиал, МПЛ, СПЛ, НПЛ)

Неоднородные – поперечное сечение заполнено разными средами. (соседние выводы в соединителе)

Открытые ЛП– ЛП, в которой поперечное сечение не имеет замкнутого проводящего контура, охватывающего область распространения электромагнитной энергии. (МПЛ)

Закрытые– поперечное сечение имеет замкнутый проводящий контур. (волновод)

Волновод – ЛП, имеющая одну или несколько проводящих поверхностей, полностью охватывающих область распространения ЭМ колебаний. (закрытая ЛП)

Открытые: проволочные, полосковые, диэлектрические, волоконно-оптические, квазиоптические.

Закрытые (волноводы): коаксиальные, прямоугольные, круглые.

Закрытымиили экранированными называются линии, в которых область существования поля ограничена снаружи замкнутой металлической оболочкой – внешней трубой, за пределы которой поля не проникают, в силу чего спектр поперечных волновых чисел оказывается дискретным.

Примерами таких линий являются одиночная металлическая труба (волновод) с любой формой поперечного сечения, а также коаксиальная линия (труба с вложенным внутрь нее металлическим стержнем).

В открытыхлиниях внешняя металлическая оболочка отсутствует.

Примерами открытых линий могут служить так называемая полосковая и двухпроводная линии.

Требования к ЛП:

1. Обеспечение высокого КПД при передаче СВЧ-мощности. Все виды потерь энергии должны быть минимальны.

2. Максимальная напряженность электрического поля внутри ЛП при фиксированной проходящей мощности должна быть как можно ниже .

3. Минимизация частотных искажений, передаваемых по ЛП, сигналов и обеспечить возможность работы в как можно более широкой полосе частот.

4. Отсутствие заметного просачивания ЭМ поля в окружающее пространство.

5. Предыдущие требования должны быть выполнены в рамках установленных ограничений на габариты поперечного сечения, погонную массу и погонную стоимость ЛП.

Недостатком открытой ЛП является то, что она допускает излучение волн в пространство и прием из пространства. С этим и связаны потери мощности сигнала и влияние внешних помех на передачу сигнала. Излучение и прием волн происходит в местах нарушения прямолинейности линии. Открытые линии непригодны из-за того, что расстояние между проводами становится соизмеримым с длиной волны и линии начинают заметно излучать.

Экранированные (закрытые) же линии не имеют излучения. По сравнению с открытыми линиями преимущество закрытых линий в том, что они не имеют антенного эффекта, более удобны при монтаже, в частности могут быть зарыты в землю, лучше защищены от влияния атмосферных условий. С другой стороны, закрытые линии более сложны по конструкции, чем открытые, и поэтому более дорогие. В закрытых линиях труднее обнаруживать повреждения и устранять их.

2. Основные параметры и характеристики фидеров: типы волн, дисперсионная характеристика, затухание, электрическая прочность, предельная и допустимая мощности, волновое сопротивление, погонные параметры.

Фидер– ЛП, устройство, по которому осуществляется направленное распространение ЭМ волн от источника к потребителю. Термин «фидер» используется, когда говорят о приемо-передающих трактах в радиотехнике.

Типы волн:

• Поперечные Т-волны: не содержат продольных составляющих ЭМ поля. Т-волны существуют только в ЛП, имеющих не менее двух изолированных проводников.

• Электрические Е-волны: не имеют продольной составляющей магнитного поля.

• Магнитные H-волны: не имеют продольной составляющей электрического поля.

• Гибридные ЭМ волны: характеризуются сложной структурой поля , в которой присутствуют продольные составляющие как магнитного, так и электрического полей.

Дисперсионная характеристика- зависимость фазовой скорости от частоты.

Т-волна (дисперсии нет) :

Ѵф =

Е, Н – волны:

Ѵф =

Коэффициент затухания:

Распространение ЭМ волны в ЛП сопровождается уменьшением напряжения бегущей волны по закону, характеризуемому коэффициентом затухания α [дБ/м]:

Рассогласование тракта:

• Неоднородности электрические и геометрические

• Отражение, прохождение

• Рассеяние и излучение волн

• Возбуждение (возникновение) волн высших типов

Р_несогл = (1 - |Г|² - |Т|² - |R|² - |K_BT|²) * P_согл

Электрическая прочность– характеристика диэлектрика, минимальная напряженность электрического поля, при которой наступает электрический пробой. Все газы, а также все твердые и жидкие диэлектрики обладают конечной электрической прочностью.

Предельная и допустимая мощности:

В режиме бегущей волны максимальная пропускная способность ограничивается электрическим пробоем или недопустимым перегревом проводников и изоляторов.

Увеличение уровня передаваемой средней мощности по реальной линии передачи приводит к увеличению мощности потерь в металлических элементах линии и заполняющем диэлектрике, что сопровождается нагревом последних. Если при этом нагреве температура любого материала, из которого изготовлена линия, достигает некоторой предельной величины, происходит его разрушение (например, расплавление диэлектрика) и наступает так называемый тепловой пробой. Поэтому максимальное значение передаваемой по линии мощности ограничено как электрическим, так и тепловым пробоем. Для определения максимальной передаваемой по линии мощности вводят понятия предельной и допустимой мощностей. Предельной (Рпр) называют наименьшую мощность, при которой возникает либо электрический, либо

тепловой пробой в режиме бегущей волны. Допустимую мощность (Рдоп) принимают в несколько раз меньше предельной: Рдоп= (0,2...0,3) Рпред. Это связано с тем, что появление отраженных волн в реальной линии приводит к увеличению напряженности электрического поля в отдельных сечениях линии, что может привести к электрическому или тепловому пробою при мощности существенно меньшей Рпред.

Волновое сопротивление:

ВС – сопротивление, при котором не происходит отражений. Оно зависит от геометрической формы линии, то есть, от размеров ее проводов и от из размещения в пространстве, а также от потерь в ЛП и от использующихся диэлектриков.

Волновое сопротивление (Ом)- параметр, определяющий соотношение между амплитудами падающих волн напряжения и тока:

 = U_пад/ I_пад.

Волновое сопротивление зависит от формы и размеров проводников в поперечном сечении линии, степени заполнения поперечного сечения изоляцией и ее относительной диэлектрической  постоянной Соотношение между волновым сопротивлением, погонной емкостью и индуктивностью:

.

Погонные параметры:

Распределенные или погонные параметры: емкость, индуктивность и активное сопротивление потерь.

1. Погонная емкость - емкость на единицу длины линии.

2. Погонная индуктивность - индуктивность на единицу длины линии.

Погонные сопротивление R₁ и проводимость G₁ зависят от проводимости материала проводов и качества диэлектрика, окружающего эти провода. Согласно закону Джоуля — Ленца, чем меньше тепловые потери в металле и в диэлектрике, тем меньше R₁ и больше G₁.

Погонные индуктивность L₁ и емкость C₁ определяются формой и размерами поперечного сечения проводов, а также расстоянием между ними.

А и— погонные комплексные сопротивление и проводимость линии, зависящие от частоты.

3. Основные требования, предъявляемые к фидерным линиям. Частотные зависимости затухания в проводниках и диэлектриках. Принцип электродинамического подобия и его использование при расчетах и экспериментальных исследованиях.

Фидерная линия должна удовлетворять следующим требованиям:

• Не возбуждаться под действием ЭМ поля

• Пропускать нужную полосу частот

• Иметь параметры, обеспечивающие легкость согласования с антенной

Иногда в качестве фидеров используют телефонный кабель, шнуры и монтажные провода, качество которых не велико.

Частотная зависимость затуханий в проводниках и диэлектриках:

Различают два вида потерь - в проводнике и в диэлектрике. В проводнике возникают тепловые потери, в диэлектрике энергия расходуется на его поляризацию диэлектрика. Оба вида потерь возрастают с ростом частоты. 

Затухание убывает с увеличением частоты. Следовательно, зависимость затухания от частоты описывается функцией, имеющей максимум.

Физическая причина такой частотной зависимости затухания волн заключается в том, что в диапазоне частот время свободного пробега электрона меньше периода колебаний. За определенное время электрон отбирает малую часть энергии волны, и энергия волны передается нейтральным молекулам малыми порциями.

При определенной частоте наблюдается явление резонанса, и происходит наибольшее поглощение энергии волны.

Фидерные линии, работающие в режиме стоячих (вернее, смешанных) волн, применяются только в случае, если длина фидера невелика, например равна 1/4λ, или 1/2λ. Такие фидеры, в частности, используются для распределения энергии между отдельными элементами сложных направленных антенн.

В линиях со стоячей волной потери энергии выше, а кпд ниже, чем у линий с бегущей волной. Линия со стоячей волной должна быть строго определенной длины, равной целому числу (четному или нечетному) четвертей длины волны.

Линии с бегущей волной имеют ряд существенных преимуществ. Потери энергии в них меньше, и поэтому кпд выше, что важно при значительной длине линии. Напряжение и ток в случае бегущих волн меньше, чем при стоячих волнах. При меньшем напряжении предъявляются менее жесткие требования к изоляции линии.

Удобно то, что при линии с бегущей волной генератор нагружен на постоянное и чисто активное сопротивление, равное волновому сопротивлению линии и не зависящее от ее длины. Поэтому линия с бегущей волной может быть сделана любой длины независимо от длины волны. Вся энергия волн, передаваемых по линии, за исключением небольшой ее доли, теряющейся в самой линии, отдается в передающую антенну.

Чтобы получить режим бегущей волны, надо обеспечить равенство нагрузочного сопротивления и волнового сопротивления линии, т.е. согласовать линию с нагрузкой.

Принцип электродинамического подобия и его использование при расчетах и экспериментальных исследованиях.

Применительно к антеннам формулируется следующим образом: антенна, работающая на частоте f1, не изменит своих характеристик, если на новой более высокой(или низкой) частотеf2 =n⋅f1 ее геометрические размеры будут уменьшены(увеличены) вnраз, электрическая проводимость будет увеличена (уменьшена) вnраз (σ2=n⋅σ1), а электрическая и магнитная проницаемости материалов антенны и среды останутся без изменений. Принцип используется, например, при пересчете характеристик и параметров антенн с одной частоты на другую или при моделировании и экспериментальных исследованиях антенн. Трудно точно выполнить все условия принципа подобия, в частности увеличениеσ. Это приведет к другим значениям тех параметров, которые учитывают потери. Но характеристики излучения антенны при этом не изменятся.

4. Объясните, почему обычно работают на волне одного типа, в частности основного. В каких случаях работают на волнах высших типов? В каких линиях имеет место дисперсия и в чем проявляется? Как она влияет на распространение сигналов?

Чтобы исключить искажения сигналов и обеспечить согласование с другими устройствами, волноводы обычно используются в одноволновом режиме. Теоретически одноволновый режим, например в прямоугольном волноводе, может сохраняться в двукратной полосе частот. Используемый же на практике диапазон частот не превышает полуторакратного, поскольку в области частот, близких к критической, велики потери энергии и мала допустимая мощность, передаваемая по волноводу.

Волна основного типа - это волна, имеющая наибольшую критическую длину волны данной линии передачи.

Для прямоугольного волновода волна основного типа-волна Н₁₀ (λ_кр¹⁰=2а(2b < a))

Для круглого волновода волна основного типа-волна Н₁₁

Волна высшего типа-электромагнитная волна, имеющая критическую частоту выше, чем критическая частота основной волны. Появляется когда длина волны возбуждаемых колебаний меньше полусуммы периметров проводников.

Длиной волны λ в линии передачи называется расстояние, на котором фаза бегущей электромагнитной волны вдоль направления распространения изменяется на 2π. Критическая длина волны — это наибольшая длина волны, которая может распространяться в волноводе для данного типа колебаний.

Характерной особенностью распространения волн в закрытых волноводах является наличие ярко выраженной дисперсии, заключающейся в том, что групповая скорость (скорость распространения энергии или сигнала) и фазовая скорость (скорость перемещения фазового фронта волны) зависят от частоты. В отличие от электромагнитной волны в однородной среде, где фазовая скорость равна групповой и совпадает со скоростью распространения света в ней, в волноводе групповая скорость меньше, а фазовая скорость больше скорости распространения света в среде, заполняющей волновод. Поэтому длина волны в волноводе больше длины волны в среде (как следствие, появляются искажения).

5. Двухпроводная и коаксиальная линии: волна основного типа, ее длина и фазовая скорость, волновое сопротивление, погонные параметры. Условие работы на волне основного типа в коаксиальной линии. Маркировка коаксиальных кабелей.

ЭМ волна– распространяющееся в пространстве возмущение ЭМ поля.

Падающая волна– бегущая волна, создаваемая генератором и двигающаяся от выбранного начального сечения.

Отраженная волна– бегущая волна в ЛП, порожденная нерегулярностью или нагрузкой и распространяющуюся в направлении, обратном падающей волне.

Волна основного типа– волна, имеющая наибольшую критическую длину волны данной ЛП.

Длина волны– расстояние, на котором фаза бегущей ЭМ волны вдоль направления изменяется на 2π.

Критическая длина волны– наибольшая длина волны, которая может распространятся в волноводе для данного типа колебаний.

Фазовая скорость– скорость перемещения точки , обладающей постоянной фазой колебательного движения, в пространстве вдоль заданного направления.

Ѵф = ω /k.

Волновое сопротивление– сопротивление, которое встречает ЭМ волна при распространении вдоль однородной линии без отражения. ВС не зависит от длины кабеля и постоянно в каждой точке.

Двухпроводные ЛП:

Распространяются Т-волны. Дисперсии не имеют. Фазовая скорость равна скорости распространения света в среде. Погонные параметры: ёмкость, индуктивность и активное сопротивление потерь.

Двухпроводные линии передачи применяются на низких частотах вплоть до метрового диапазона длин волн. На более высоких частотах их применение нецелесообразно, так как расстояние между проводниками становится соизмеримым с длиной волны и резко возрастают потери, связанные с излучением энергии. Состоит из двух параллельных проводников. Сопротивление двухпроводной линии лежит в пределах 200-600 Ом. Электромагнитное поле сосредоточено как внутри, так и за линией.

Используется в коротковолновом диапазоне волн .

Отрезки двухпроводной линии используют как резонансные элементы СВЧ, вплоть до сантиметрового диапазона.

Распределение поля в поперечном сечении:

Волновое сопротивление:

где – глубина проникновения,- проводимость.

С увеличением расстояния между проводниками увеличивается излучение проводов в линии, следовательно, увеличиваются потери за счет излучения. Используют экранированные линии:

Эти линии используются значительно реже коаксиальных, ввиду того, что они излучают электромагнитное поле, менее удобны в эксплуатации и подвержены внешним климатическим воздействиям. Конструктивно, они представляют собой два одинаковых провода, диаметром d, разнесенных на определенное расстояние D, с помощью распорок из диэлектрического материала. Диаметр проводов, и расстояние между их центрами, определяет волновое сопротивление линии.

Коаксиальные ЛП:

Структура поля в поперечном сечении линии

Волновое сопротивление:

где Е – относительная диэлектрическая проницаемость

Распространяются волны как дисперсионного, так и бездисперсионного типа. Без дисперсии – волны Т типа, для которых λкр=∞, λв=λ0. Т волна – основная для коаксиала.

Коаксиальные линии применяются на УКВ (ультракороткие волны) и в дециметровом диапазоне длин волн. В сантиметровом диапазоне их применение в качестве ЛП ограничено из-за роста тепловых потерь.

120. Ом.

В T-волне векторы напряжённости электрического и магнитного полей лежат в плоскости, перпендикулярной направлению распространения.

В реальной коаксиальной линии всегда имеется слабая продольная компонента электрического поля на проводниках, которая возникает из-за падения напряжения вдоль проводников при протекании по ним тока. Обычно этой слабой продольной компонентой электрического поля пренебрегают или учитывают ее присутствие методами теории возмущений, когда это необходимо для расчета затухания волны в линии за счет потерь в ее стенках. Коаксиальный кабель – кабель, состоящий из центрального проводника и экрана, которые расположены соостно. Служит для передачи высокочастотных сигналов.

Марки кабелей должны состоять из букв, означающих тип кабеля, и трёх чисел (разделённых дефисами).

Первое число означает значение номинального волнового сопротивления.

Второе число означает: для коаксиальных кабелей — значение номинального диаметра по изоляции, округлённое до ближайшего меньшего целого числа для диаметров более 2 мм (за исключением диаметра 2,95 мм, который должен быть округлен до 3 мм, и диаметра 3,7 мм, который округлять не следует).

Третье двух- или трёхзначное числоозначает: первая цифра — группу изоляции и катего­рию теплостойкости кабеля, а последующие цифры означают порядковый номер разработки.

6. Полосковые и микрополосковые линии: разновидности, волна основного типа, ее длина и фазовая скорость, волновое сопротивление, погонные параметры, структура поля.

Полосковая линия представляет собой радиоволновод для передачи электромагнитных волн в воздушной или другой диэлектрической среде вдоль двух или более проводников, имеющих форму тонких полосок и пластин. Основным типом волн является волна Т-типа. Фазовая скорость Т-волны равна скорости распространения света в среде.

Различают два основных типа полосковых линий: симметричные и несимметричные

Микрополосковая линия — несимметричная полосковая линия передачи СВЧ, для передачи электромагнитных волн в воздушной или, как правило, в диэлектрической среде, вдоль двух или нескольких проводников, имеющих форму тонких полосок и пластин.

Линии получили название микрополосковые, т.к. в результате высокой диэлектрической проницаемости подложки её толщина и поперечные размеры полосы много меньше длины волны в свободном пространстве.

В микрополосковой линии распространяется квази-Т волны и силовые линии электрического поля проходят не только в диэлектрике, но и вне его.

Основной недостаток, ограничивающий применение, — возможность применения только при малых и средних уровнях мощности СВЧ колебаний.

Волновое сопротивление полностью зависит от конструкции. От длины проводника, от расстояния между слоями и т.д.

Структура электромагнитного поля.

7. Волноводы прямоугольного сечения. Типы волн, критические длины волн. Волна основного типа, условие ее существования, структура поля, характеристическое и волновое сопротивления, передаваемая мощность. Технология изготовления и стандарты. Применения.

Прямоугольный волновод (ПВ) - линия передачи СВЧ диапазона в виде металлической трубы прямоугольного сечения, заполненной однородным изотропным диэлектриком (чаще всего - воздух). ПВ используется в сантиметровом и верхней части миллиметрового диапазонов. Для поперечных размеров ПВ приняты следующие обозначения: a - величина широкой стенки; b - величина узкой стенки.

Основными преимуществами ПВ, которые обусловливают их широкое применение в технике СВЧ, являются:

• полная помехозащищенность, т.к. ПВ является закрытой структурой, то внешние поля не проникают внутрь и поле распространяющейся в ПВ волны никак не влияет на окружающие объекты;

• малое затухание волны в ПВ;

• высокое значение пробивной мощности, что делает ПВ незаменимыми в качестве фидеров передающих антенн мощных передатчиков и радиолокационных станций.

К недостаткам ПВ следует отнести большую массу и габариты, что ограничивает возможности их использования в составе бортовой аппаратуры искусственных спутников Земли и других космических аппаратов. Однако, современные технологии позволяют изготавливать ПВ путем напыления слоя серебра на внутреннюю поверхность прямоугольной трубы, изготовленной из пластика, что существенно уменьшает массу ПВ.

Основной в прямоугольном волноводе является волна Н10.

Критическая длина волны устанавливает верхний предел длин волн, при котором происходит распространение энергии по волноводу. λкр = 2*a.

Волноводы – как линии передач используются в см диапазоне волн. Отрезки волноводов в качестве элементов устройств СВЧ. В волноводах направляемая э/м волна типа Е или Н: . Для волн этого типа существует критическая длина волны,

где индексы m и n определяют число вариаций в распределении поля волны данного типа по оси x и y. Волна данного типа будет распространяться, если .

Распространение электромагнитных волн (ЭМВ) в таких волноводах сопровождается явлением полного отражения от границы раздела. Границей раздела в полых волноводах является граница между металлической стенкой волновода и диэлектриком, заполняющим его полость; в диэлектрических волноводах - граница между двумя диэлектриками: диэлектриком, из которого сделан волновод и диэлектриком окружающего пространства.

Структура поля ПВ:

Технология изготовления:

Широко распространен способом изготовления волноводных звеньев из стандартных труб прямоугольного сечения. В качестве материала используют латунь, алюминий и медь. При одинаковых способах обработки чистота поверхностей латунных деталей получается выше, чем у других материалов.

Процесс изготовления складывается из следующих этапов:

• Нарезка заготовок

• Изгибание

• Изготовление фланцев (Фланец — плоская деталь квадратной или круглой формы с равномерно расположенными отверстиями для болтов и шпилек, служащие для прочного и герметичного соединения труб, трубопроводной арматуры, присоединения их друг к другу, к машинам, аппаратам и ёмкостям, для соединения валов и других вращающихся деталей (фланцевое соединение). Фланцы используют попарно (комплектом))

• Пайка фланцев к трубкам

• Обработка проводящих поверхностей

• Сборка волноводных звеньев в волноводы

Волноводы широко применяются для передачи сантиметровых волн. Стенки волноводов играют роль экрана, не дающего ЭМ волнам распространяться в разные стороны и заставляющего их перемещаться вдоль волновода.

Применение: В РЛС, ускорительной технике элементарных частиц , дублирование переговорных устройств, для построение фильтров, обработка сигналов.

8. 8.Волноводы круглого сечения. Типы волн, критические длины волн. Волна основного типа, условие ее существования, структура поля, характеристическое и волновое сопротивления, передаваемая мощность. Технология изготовления. Применения.

Волновод круглого сечения-полая металлическая трубка, круглого сечения, служащая для передачи радиоволн.

Для волны Е типа критическая длина волны для волны Н типа,где µ и ν значения корней производных функций Бесселя. Основным является волна типа Н₁₁, для ее существования необходимо, что бы ее критическая длина волны была максимальна.

Мощность, передаваемая в согласованном режиме по круглому волноводу с диэлектрическим заполнением на волне основного типа, равна

Характеристические сопротивления для волн электрического и магнитного типов определяются по тем же формулам, что и для прямоугольного волновода

Волновое сопротивление находится следующим образом

, где Qm-комплексная амплитуда заряда на единицу длины проводника, С1-погонная емкость линии.

Широко распространен способ изготовления волноводных звеньев из стандартных труб, в качестве металла применяют латунь, медь, алюминий. При одинаковой обработке чистота поверхности латунных деталей выше, чем у других материалов.

Процесс изготовления:

• Нарезка заготовок

• Изгибание

• Изготовление фланцев (обычно плоское кольцо или диск с равномерно расположенными отверстиями для болтов и шпилек, служащие для прочного и герметичного соединения труб, присоединения их к машинам, аппаратам)

• Пайка фланцев к трубкам

• Обработка проводящих поверхностей

• Сборка волноводных звеньев в волноводы

Круглые волноводы используются значительно реже, чем прямоугольные, что обусловлено поляризационной неустойчивостью основной волны типа Н11. В практическом отношении весьма ценно, что в круглом волноводе могут существовать симметричные типы волн, на основе чего работает ряд устройств свч вращающееся волновое сочленение, необходимое для подключения передатчика (или приемника) радиолокационной станции к вращающейся антенне.

9. Линии передачи с поверхностной волной. Понятие поверхностной волны, ее длина и фазовая скорость, структура поля. Примеры реализаций ЛП с поверхностной волной и применения.

Поверхностная волна - электромагнитная волна, распространяющаяся вдоль границы раздела двух сред и возникающая при падении плоской электромагнитной волны из диэлектрика с большой диэлектрической проницаемостью на поверхность диэлектрика с меньшей диэлектрической проницаемостью. Поверхностная волна создается искусственно в антеннах поверхностных волн.

Технические характеристики ЛП с ПВ:

Структура поля

Типы волн – Т, Е,Н, ЕН

Фазовая скорость = с*ξ

Длина волны в линии = λ0*ξ, г де ξ-поверхностный импеданс

Свойство изменения фазовой скорости с помощью смены величины ξ применяется для создания линзовых антенн с переменным показателем преломления

Существование и свойства поверхностных электромагнитных волн (ПЭВ) следуют из уравнений Максвелла с соответствующими граничными условиями.

К линиям передачи поверхностных волн относятся диэлектрический волновод, который часто выделяют в самостоятельную линию передачи, провод с диэлектрическим покрытием, провода с ребристыми структурами.

Основной особенностью поверхностных волн, распространяющихся вдоль какой-либо линии поверхностных волн, является быстрое (по экспоненциальному закону) спадание амплитуды поля при удалении от линии. Однако поверхностная волна занимает некоторый объем вокруг линии и предметы, находящиеся вблизи нее, искажают картину поля, что приводит к возникновению отражений в линии и потерям. Уменьшение объема, занимаемого основной частью поверхностной волны , ведет к увеличению затухания в самой линии. Поэтому конструируя такую линию, надо учитывать и внешние воздействия и свойства самой линии.

К недостаткам линий с поверхностной волной следует отнести трудности, связанные с выполнением изгибов линии, так как при этом возникают потери на излучение и влияние на параметры линии метеорологических условий. Тем не менее простые в конструктивном отношении линии поверхностных волн могут найти практическое применение.

В поверхностной волне энергия сосредоточена в узкой окрестности границы раздела, и состояние поверхности существенно влияет на их распространение. Именно поэтому ПВ являются источником информации о поверхности.

Волны такого типа возникают при падении объемной волны из диэлектрика на поверхность металла, что обуславливается некоторыми особенностями распространения волн в средах со свободными зарядами, примерами которых являются металлы.

Поверхностные волны нашли свое применение в оптике, их используют для высокочастотных измерений оптических констант, металлических зеркальных поверхностей и в оптической микроскопии сверхвысокого разрешения.

10. Волоконно-оптические линии. Строение волокон, их размеры, длины волн, физические явления при распространении, технологии производства. Понятие солитона и солитонные режимы. Преимущества, применения, перспективы.

ВОЛ - линии оптической связи, в которых передача информации осуществляется с помощью волоконно-оптических элементов, линии предназначенные для передачи информации в оптическом (как правило — ближнем инфракрасноммкм или нм) диапазоне.

Оптическое волокно состоит из стеклянной трубки, составленной из нескольких слоев стекла, которые при рассматривании в поперечном срезе выглядят как концентрические круги. Каждый слой (или кольцо) стекла имеет свой показатель преломления. Из предыдущего обсуждения можно видеть, что для того, чтобы послать свет вдоль центра этих концентрических стеклянных труб, необходимо, чтобы имело место полное внутреннее отражение. Оно проведет свет через волокно. Для достижения полного внутреннего отражения внешние слои стекла должны иметь меньшие показатели преломления, чем у внутреннего стеклянного стержня, по которому проходит свет. Диаметры оболочки и покрытия, показанные на рисунке, приняты в качестве стандартных для большинства использующихся в мире волокон, а диаметр сердечника и показатели преломления различаются в зависимости от вида волокна. Диаметр круглого волокна составляет несколько длин волн электромагнитных колебаний.

Если луч переходит из оптически более плотной среды в менее плотную n₁= n₂, то γ > α. Путем увеличения угла падения можно достичь состояния, при котором преломленный луч будет скользить по границе раздела сред, не переходя в другую среду. Угол падения при котором имеет место данный эффект, называется критическим углом α_кр. Для критического угла следующее отношение:

Сердечник и оболочка захватывают световой луч в сердечник при условии, что луч света входит в сердечник под углом больше критического. Тогда луч света распространяется вдоль сердечника волокна с минимальной потерей мощности за счет полного внутреннего отражения.

Теоретически было бы возможно использовать в качестве сердечника стеклянный однородный стержень с постоянным показателем преломления, а в качестве оболочки - воздух. Это возможно, поскольку у воздуха показатель преломления меньше, чем у стекла. Обычно такая реализация не работает должным образом, поскольку незащищенный сердечник, покрытый царапинами, грязью и маслом, оказывается окруженным неравномерной обшивкой с большим показателем преломления в местах загрязнений и повреждений. Поэтому значительная часть света будет не отражаться, а излучаться из стекла.

Поскольку вся мощность падения светового луча практически полностью возвращаются в область боле плотной среды, на этом эффекте основан принцип передачи оптического излучения по ОВ.

Линия состоит из передающего устройства, ВО кабелей и ВО соединителей. Оптоволокно - самая совершенная среда для передачи больших потоков информации на большие расстояния. Волоконные световоды представляют собой ВО жгуты, склеенные или спеченные у концов, защищенные непрозрачной оболочкой и имеющие торцы с полированной поверхностью. ОВ кабель состоит из сердечника, сделанного из стекла или кварца, оболочки, окружающей сердечник, затем следует слой пластиковой прокладки и волокна из кевлара для придания прочности.

Показатель преломления сердечника намного выше, чем у оболочки, что делает внутреннюю поверхность отражающей. Когда световой импульс передается по сердечнику, он отражается от оболочки и распространяется дальше. Отражение света позволяет изгибать кабель, при этом сигнал передается без потерь.

Существует два типа ОВК: одномодовый-8,3 микрон и многомодовый-62,5 микрон. Передача светового сигнала осуществляется в микроволновом диапазоне 0,8-1,6 мкм.

Производство:

• Окраска статического волокна (для идентификации волокна в модуле)

• Изготовление оптического модуля

• Скрутка оптического модуля (методом правильной знакопеременной скрутки вокруг стеклопластикового центрального силового элемента)

• Наложение оболочки

Солитон - структурно устойчивая уединенная волна, распространяющаяся в нелинейной среде.

Солитонные режимы:

• На поверхности жидкости (первые, обнаруженные в природе)

• Ионозвуковые и магнитозвуковые солитоны в плазме

• Гравитационные солитоны в слоистой жидкости

• Солитоны в виде коротких световых импульсов в активной фазе лазера

• Нервные импульсы

• Солитоны в нелинейно-оптических материалах

Достоинства и недостатки:

• Широкополосность, обусловленная высокой несущей частотой

• Малое затухание сигнала в волокне

• Устойчивость к электромагнитным помехам со стороны окружающих кабельных систем, электрического оборудования и погодных условий

• Защита от несанкционированного доступа, практически нельзя перехватить информацию

• Электробезопасность, отсутствие искрообразования

• Малый вес и объем

• Долговечность

• Относительно высокая стоимость сварки оптических волокон

• Дороговизна активных элементов, преобразующих электрические сигналы в свет и наоборот

Применение:

Основное применение оптические волокна находят в качестве среды передачи на волоконно-оптических телекоммуникационных сетях различных уровней: от межконтинентальных магистралей до домашних компьютерных сетей.

Оптическое волокно может быть использовано как датчик для измерения напряжения, температуры, давления и других параметров. Малый размер и фактическое отсутствие необходимости в электрической энергии дают волоконно-оптическим датчикам преимущество перед традиционными электрическими в определённых областях.

Оптические волокна широко используются для освещения. Они используются как световоды в медицинских и других целях, где яркий свет необходимо доставить в труднодоступную зону. В некоторых зданиях оптические волокна направляют солнечный свет с крыши в какую-нибудь часть здания. Волоконно-оптическое освещение также используется в декоративных целях, включая коммерческую рекламу, искусство и искусственные рождественские ёлки.

Оптическое волокно также используется для формирования изображения. Пучок света, передаваемый оптическим волокном, иногда используется совместно с линзами — например, в эндоскопе, который используется для просмотра объектов через маленькое отверстие.

Оптическое волокно используется при конструировании волоконного лазера.

11. Диапазоны длин волн. Понятие СВЧ. Типы применяемых в различных диапазонах фидеров. Понятия эквивалентных линий и схем. Волновой и классический подходы, связь между ними.

В Радиолокации используются ЭМ СВЧ, которым соответствует диапазон УКВ.

Понятие “cверхвысокие частоты” (СВЧ) является условным и относится к радиоволнам в частотном диапазоне от 300 МГц до 300 ГГц, охватывающем дециметровые, сантиметровые и миллиметровые волны. Согласно международному регламенту радиосвязи указанным диапазонам длин волн присвоены названия частотных полос: ультравысокие (УВЧ) 0,3 3 ГГц; сверхвысокие (СВЧ) 3 30 ГГц; крайне высокие (КВЧ) 30  300 ГГц. 

Принято следующее деление диапазона по длинам волн:

Диапазон	Длина волны	Частота МГц
Метровый (ОколоВЧ)	10м – 1 м	30 – 300
Дециметровый (УльтраВЧ)	1м – 10 см	300 – 3000
Сантиметровый (СВЧ)	10 см – 1 см	3000 - 30000
Миллиметровый (КрайнеВЧ)	1 см - 1 мм	30000 - 300000

Для передачи ЭМ колебаний в диапазоне до 3 МГц используют экранированные и неэкранированные проводные линии. Волны с частотой 3МГц- 3ГГц передают по коаксиальным радиочастотным кабелям. Передача в диапазоне 3-300 ГГц осуществляется по металлическим и диэлектрическим волноводам.

Применение диапазонов УКВ объясняется преимуществами, свойственными радиоволнам этого диапазона по сравнению с волнами других диапазонов. Радиоволны УКВ диапазона хорошо отражаются от предметов, встречающихся на пути их распространения. Это позволяет получать интенсивные сигналы, отраженные от целей, облученных радиолокационной станцией. В диапазоне УКВ легче получить остронаправленный радиолуч, необходимый для измерения угловых координат цели. В этом диапазоне наблюдается значительно меньше индустриальных помех.

Линии связи, при анализе которых нельзя пренебречь токами, обусловленными емкостью между проводами (токами смещения) и проводимостью изоляции называют цепями с распределенными параметрами (длинными линиями). Длинную линию можно представить в виде электрической схемы, чтобы облегчить анализ ЛП. Это эквивалентная схема – электрическая схема, в которой все реальные элементы заменены максимально близкими по функциональности цепями из идеальных элементов. Но этот метод даёт погрешность из-за того, что не учитывается неидеальность элементов и т.д.

Предполагается , что геометрические размеры эквивалентной схемы настолько малы, что какие-либо эффекты длинных линий отсутствуют, то есть эквивалентная схема рассматривается как система с сосредоточенными параметрами.

• Резистор. Идеальный резистор характеризуется только сопротивлением. Индуктивность, емкость, а также сопротивление выводов равны нулю.

• Конденсатор. Идеальный конденсатор характеризуется только ёмкостью. Индуктивность, утечка, тангенс угла потерь, диэлектрическое поглощение а также сопротивление выводов равны нулю.

• Катушка индуктивности. Идеальная катушка индуктивности характеризуется только индуктивностью. Емкость, сопротивление потерь, а также сопротивление выводов равны нулю.

• Источник ЭДС. Идеальный источник ЭДС характеризуется только своим напряжением. Внутреннее сопротивление и сопротивление выводов равны нулю.

• Источник тока. Идеальный источник тока характеризуется только своим током. Утечка равна нулю.

• Проводники. Элементы эквивалентной схемы соединены идеальными проводниками, то есть индуктивность, емкость и сопротивление проводников равны нулю.

Режимы в плоскостях отчета фаз могут быть описаны в терминах напряжений падающих волн и отраженных волн – волновой подход, применяется вS– матрицах.

Режимы в плоскостях отчета фаз можно описать в терминах напряжений и токов – классический подход, применяется вZиY– матрицах.

От описанной S-матрицей, можно перейти по формулам переход кZиY– матрицам. Это и есть связь между волновым и классическим подходами.

12. Коэффициент отражения от нагрузки, КБВ, КСВ, сопротивление линии и соотношение между ними. Поведение модуля коэффициента отражения в идеальных и реальных ЛП. Резонансные сечения, значения в них напряженностей полей и сопротивлений.

Коэффициент отражения от нагрузки - отношение амплитуд отраженной и падающей волн в сечении нагрузки, при Z=0.

КБВ - отношение наименьшего значения амплитуды напряженности электрического или магнитного поля бегущей волны к наибольшему. КСВ = (1-|Г|)/(1+|Г|).

КСВ - величина обратная КБВ. Характеризует степень согласования антенны и фидера, величина частотнонезависимая. КСВ = (1+|Г|)/(1-|Г|).

Через коэффициент отражения можно найти КБВ или КСВ, а от них по диаграмме Вольперта-Смита найти сопротивление.

Волновое сопротивление линии - отношение амплитуды напряжения к амплитуде силы тока бегущей волны. Зависит от емкости, диэлектрической проницаемости материала проводника, индуктивности и сопротивления на единицу длины.

КО в идеальной ЛП равен 1 или 0. А в реальной существуют различные неоднородности, помехи, влияющие на отражение, соответственно, КО не равен 1 или 0.

Резонансные сечения - Сечения, в которых амплитуда напряженности электрического поля поочередно принимает максимальные или минимальные значения.

Режим работы линии на реактивное сопротивление Z=jX.

В этом случае имеет реактивный характер и в зависимости от у может в различных сечениях равняться 0 или ∞. Те или иные сечения наз. резонансными. называют резонансными

13. Коэффициент отражения от нагрузки, КБВ, КСВ, сопротивление линии и соотношение между ними. Поведение модуля коэффициента отражения в идеальных и реальных линиях. Режимы в ЛП и их связь с сопротивлением нагрузки.

Коэффициент отражения –общее название двух безразмерных величин, характеризующих отражение волн от нагрузки в коаксиальной, симметричной полосковой или волноводной линии передачи. Коэффициент отражения по напряжению – комплексная величина, равная отношению амплитуд отраженной и падающей волн.

Ku=Uотр/Uпад=|Ku|*e(i*φ),где |Ku|- модуль коэффициента отражения, φ – фаза, определяющая запаздывание отраженной волны относительно падающей.

Коэффициент отражения по напряжениюоднозначно связан с отношением волнового сопротивления линии и импеданса нагрузки(полное сопротивление): Ku=(Zн – ρ)*( Zн + ρ),гдеZн – импеданс нагрузки, ρ – волновое сопротивление.

Коэффициент стоячей волны (КСВ) — Отношение наибольшего значения амплитуды напряженности электрического или магнитного поля стоячей волны в линии передачи к наименьшему.

Характеризует степень согласования антенны и фидера (также говорят о согласовании выхода передатчика и фидера) и является частотнозависимой величиной. Следует различать величины КСВ и КСВН (коэффициент стоячей волны по напряжению): первая высчитывается по мощности, вторая - по амплитуде напряжения и на практике используется чаще; в общем случае эти понятия эквивалентны. Коэффициент стоячей волны по напряжению вычисляется по формуле: , где U₁ и U₂ — амплитуды падающей и отражённой волн соответственно. Можно установить связь между KCBH и коэффициентом отражения Г: 

Коэффицие́нт бегу́щей волны́ (КБВ) — отношение наименьшего значения амплитуды напряженности электрического или магнитного поля бегущей волны в линии передачи к наибольшему. КБВ является величиной, обратной КСВ.

Через коэффициент отражения можно найти КБВ или КСВ, а от них по диаграмме Вольперта-Смита найти сопротивление.

КО в идеальной ЛП равен 1 или 0. А в реальной существуют различные неоднородности, помехи, влияющие на отражение, соответственно, КО не равен 1 или 0.

Рассмотрим упрощенно теорию линий передач. Есть 3 режима работа линии – работа на согласованную нагрузку (РБВ), работа на нагрузку большую волнового сопротивления линии и на нагрузку меньшую волнового сопротивления линии (РСВ).

Понятно, что в режиме бегущей волны фидерная линия используется оптимально, так как в случае согласованной нагрузке отсутствует отраженная волна. И передается максимальная мощность. Если же антенная система работает с КСВ, то фидерная линия используется не оптимально .

Режим стоячих волн

 Если сопротивление нагрузки рассматриваемой линии не равно волновому сопротивлению, то только часть энергии, передаваемой падающей волной к концу линии, потребляется нагрузкой. Оставшаяся часть энергии отражается от нагрузки и в виде отраженной волны возвращается к источнику. Если модуль коэффициента отражения линии |ρ(x)|≡1, т.е. амплитуды отраженной и падающей волн во всех сечениях линии одинаковы, то в линии устанавливается специфический режим, называемый режимом стоячих волн.

Только в трех случаях, когда сопротивление нагрузки либо равно нулю, либо бесконечности, либо имеет чисто реактивный характер.

Следовательно, режим стоячих волн может установиться только в линии без потерь при коротком замыкании или холостом ходе на выходе, а так же если сопротивление нагрузки на выходе такой линии имеет чисто реактивный характер.

Режим бегущей волны

По линиям передач оптимальная передача энергии требует их согласование: получение в линии режима бегущей волны - KCB=1, Г=0(коэфф отражения). Полное согласование.

Такой режим для цепей с сосредоточенными параметрами будет соответствовать равенству внутреннего сопротивления источника сопротивлению нагрузки.

Передается максимальная мощность – оптимальный режим.

14. Формула трансформации сопротивлений с пояснениями. Эквивалентные сечения и расстояния между ними. Входное сопротивление отрезка фидера, значения в случае реактивных нагрузок. Понятие шлейфов, их входные сопротивления, применения.

Данная формула получается из телеграфных уравнений (напряжение/сила тока)

Данное выражение называется формулой трансформации сопротивления, β=2*π/λ-волновое число. Если зафиксировать l, то данная формула определяет входное сопротивление нагруженного отрезка фидера длиной l. При согласованной нагрузке Z_н=W_ф имеем Z_вх=R_вх=W_ф

В режиме короткого замыкания (Z_н=0) входное сопротивление фидера рассчитывается по формуле, а в режиме холостого хода (Z_н=∞)‑по формуле

Шлейфы – ЛП, имеющая на конце нагрузку в виде ХХ или КЗ, короткозамкнутые или разомкнутые отрезки фидеров, имеющие чисто реактивные входные сопротивления.

Для кз шлейфов Zн=0, Zвх=i Wф tgβl.

Для хх, Zн=∞, Zвх=-i Wф ctgβl

1. РБВ

Zн=Wф=Rн

Xн=0

Uотр=0

|Гн|=0

Umax=Umin=|Uпад|=|U(I)|=const

2. Смешанных волн

Rн>Wф

R+jX (индуктивность) I>U

R-jX(емкость) U>I

R (колебательный контур)

3. РСВ

|Гн|=1

Umax=2|Uпад|

Umin=0

Кн=0

Хн=0 КЗ

Хн=∞ ХХ полное отражение

15. Формула трансформации сопротивлений с пояснениями. Резонансные сечения и расстояния между ними. Поведение в них компонент напряженности электрического и магнитного полей, связь с модулем коэффициента отражения от нагрузки. Сопротивление линии в резонансных сечениях и связь их с КСВ и КБВ.

Сечения, в которых амплитуда напряженности электрического поля поочередно принимает максимальные или минимальные значения, называются резонансными. Эти сечения находятся друг от друга на расстоянии в четверть длины волны в линии. В резонансных сечениях сопротивление линии является чисто активным и его нормированное значение равно: в минимуме напряженности КБВ, а в максимуме— КСВ.

16. Узкополосное согласование активных нагрузок. Четвертьволновые понижающие и повышающие трансформаторы, их включения в ЛП и выбор значений сопротивлений. Эквивалентные схемы, распределения напряжения, КБВ или КСВ вдоль ЛП при согласовании.

Узкополосное согласование - метод согласования активных нагрузок, реализуемый в узкой полосе частот.

Для согласования ЛП с различными сопротивлениями применяют четвертьволновые трансформаторы. Понижающие, когда вторичная обмотка имеет более низкое напряжение по сравнению с первичной (коэфф трансформации < 1 – определяется отношением количества витков обмотки), повышающий – наоборот (коэфф трансформации > 1).

В этом случае между нагрузкой и генератором включается отрезок линии передачи длиной l=λ/4. Волновое сопротивление трансформатора Wтр=(WфRвх)^1/2 Трансформаторы работают только с переменным напряжением. Принцип работы - изменение (повышение/понижение) напряжения с потерей мощности. Четвертьволновый трансформатор для согласования может включаться в таких сечениях линииz₀, в которых входное сопротивление линии чисто активное. Входное сопротивление линии чисто активное в сечениях линии, где напряжение достигает максимума или минимума. Поэтому четвертьволновый трансформатор включается в максимумах или минимумах напряжения.

В максимумах напряжения R_вх =WK_св, поэтому при включении трансформатора в максимум напряжения его волновое сопротивлениеW_тp> W. В минимумах напряженияR_вх =W / K_св, поэтому при включении трансформатора в минимум напряженияW_тp <W. Таким образом, выбор места включения трансформатора (максимум или минимум напряжения) определяет соотношение его волнового сопротивления с волновым сопротивлением линии, а это, в свою очередь, определяет соотношение геометрических размеров поперечного сечения трансформатора и линии.

Четвертьволновый отрезок линии передачи преобразует нагрузку в сопротивление равное 1/Z_H, то есть в сопротивление, численно равное проводимости нагрузки. Это положение справедливо и для проводимостей, то есть проводимость нагрузки преобразуется четвертьволновым трансформатором в величину проводимости, численно равную сопротивлению нагрузки. Если сопротивление нагрузки Zн имеет чисто активный характер, то при действительном Z_В, т.е. в отсутствие потерь, входное сопротивление Zвх также является чисто активным. Это свойство четвертьволнового отрезка используется для согласования двух линий с разными волновыми сопротивлениями.

Четвертьволновые трансформаторы: а) – на двухпроводной линии б) – на коаксиальном волноводе

Эпюры напряжения в линии: а– с комплексной нагрузкой;б– с комплексной нагрузкой и трансформаторомW_тp> W;в– с комплексной нагрузкой и трансформаторомW_тp< W

17.Узкополосное согласование комплексных нагрузок. Метод компенсирующих реактивностей, последовательное и параллельное включения их в ЛП. Эквивалентные схемы. Пояснения на круговой диаграмме Вольперта – Смита.

Узкополосное согласование - метод согласования активных нагрузок, реализуемый в узкой полосе частот.

Узкополосное согласование осуществляется посредством параллельного или (реже) последовательного подключения к входу отрезка ЛП дополнительного реактивного элемента шлейфа, который своей реактивностью компенсирует мнимую часть входного импеданса Хвх=0. В этом случае, согласование достигается подбором длины согласующего отрезка ЛП и длины самого шлейфа.

1. Последовательный шлейф

Условие полного согласования : 1=Zш+Zн’= ± jХш+R’+jX’

R’=1

X’=X’

Расчет согласующих узкополосных устройств удобно также проводить, пользуясь круговой диаграммой Вольперта-Смита.

2.Параллельный шлейф

Расчет согласующих узкополосных устройств удобно также проводить, пользуясь диаграммой проводимостей.

18. Узкополосное согласование комплексных нагрузок. Метод компенсирующих реактивностей, их реализация в волноводной технике, эквивалентные схемы.

Включение в линию согласующего реактивного элемента, отражение от которого компенсируется отражением от нагрузки и отражением устройства (циркулятора) с последующим поглощением отражения волны.

Сущность метода компенсирующих реактивностей заключается в том, что в тракт в непосредственной близости от отражающего элемента вводится дополнительная неоднородность, которая создает отраженную от нее волну, равную по амплитуде и противоположную по фазе волне, отраженной от элемента. Метод позволяет полностью согласовать практически любой элемент тракта на фиксированной частоте или в узкой полосе частот. Принципиально возможно согласование и в более широкой полосе, если свойства компенсирующей неоднородности с изменением частоты меняются соответствующим образом. В качестве компенсирующих реактивностей применяются шлейфы, включаемые в линию параллельно или последовательно, а в волноводной технике — диафрагмы и штыри.

19. Двухполюсники: конструкции, электрические параметры

Двухполюсники – устройства имеющие один вход, являются оконечными нагрузками ЛП. В диапазоне СВЧ двухполюсниками являются нагрузки ЛП: согл нагрузки – коаксиальные, волноводные, коротко-замыкатели.

Частоты, на которых величина сопротивления двухполюсника становится равной нулю, называются нулями входной функции двухполюсника. Частоты, на которых оно стремится к бесконечности – полюсами входной функции двухполюсника.

Независимо от степени сложности схемы двухполюсников можно указать ряд закономерностей, характеризующих их общие свойства:

1. число резонансных частот любого реактивного двухполюсника на единицу меньше общего числа реактивных элементов в его схеме;

2. частоты резонансов напряжений и токов реактивного двухполюсника чередуются:

между любыми двумя резонансами напряжений имеется один резонанс токов, и между любыми двумя резонансами токов находится резонанс напряжений;

3) при резонансе напряжений характер реактивности двухполюсника меняется с емкостного на индуктивный, а при резонансе токов – с индуктивного на емкостной. У многоэлементных реактивных двухполюсников характер реактивности контура изменяется с ростом частоты не один раз;

4. при возрастании частоты реактивное сопротивление двухполюсника в точках непрерывности возрастает (с учетом знака реактивного сопротивления);

4. если в схеме двухполюсника есть путь для прохождения постоянного тока, то первым наступает резонанс токов, а если такого пути нет, первым наступает резонанс напряжений;

20. Типовые элементы трактов свч: волноводные соединения, повороты, коаксиально-волноводные переходы и переходы с прямоугольного волновода на круглый.

Волноводные соединения - бесконтактные соединения, к которым предъявляются следующие требования:

• Передаваемая мощность не должна ограничиваться конструкцией и параметрами

• В местах соединений не должно быть отражений волн, излучения, искрения и обгораний

• Потери должны быть сведены к минимуму

Изгибы и изломы ЛП относятся к числу нерегулярностей, снижающих качество согласования и электропрочность. В угловых изломах ЛП возбуждаются поля нераспространяющихся волн высших типов, в которых происходит накопление электромагнитной энергии. Для минимизации возникающих из-за этого отражений изломы дополняют различными согласующими элементами. Подрезание (*) внешних углов поворота оказывается эффективным способом при уменьшении отражений в прямоуг и кругл волноводах. Концентрация силовых линий электрического поля в области резких изломов снижает электрическую прочность тракта, этот недостаток в значительной мере устраняется в двойных изломах и плавных изгибах. Чем больше радиус изгиба, тем меньше отражение от него.

Коаксиально-волноводный переход - элемент волноводного тракта, предназначенный для перехода с волноводного тракта на коаксиальный и наоборот. Представляет собой отрезок волновода с замкнутым концом с одной стороны и открытым с другой. На открытом конце волновода находится фланец с отверстиями для крепления. На расстоянии одной четвертой рабочей длины волны от замкнутого конца находится коаксиальный соединитель заканчивается штырем, расположенным в волноводе.

Он предназначен для перехода от коаксиала с волной типа Т к прямоугольному волноводу с волнойH₁₀. Обычно штырь, являющийся продолжением внутреннего провода коаксиала, располагают посредине широкой стенки волновода, а расстояние до короткозамыкающей стенкиz₁, берут равным четверти длины волны в волноводе. Для обеспечения хорошего согласования необходимо также правильно выбрать высоту штыряlи его диаметр. Обычно берутl=/4. Форма штыря и его диаметр существенно сказываются на полосовых свойствах перехода: чем толще штырь, тем шире полоса. При работе перехода вблизи штыря образуются все типы волн в прямоугольном волноводе. Кроме основной волныН₁₀, они находятся в закритическом режиме, и их амплитуды экспоненциально убывают при удалении от штыря. Скорость убывания определяется индексамит ип, характеризующими каждый тип волны в волноводе. Расстояниеz₂, от штыря до контактного фланца выбирается из условия уменьшения амплитуды высшей волны, ближайшей к основной волнеН₁₀, до требуемой величины. Ближайшей к основной высшей волной в таком переходе является волнаH₃₀. Для уменьшения ее амплитуды вN раз величинуz₂следует выбрать из соотношения

Переход с прямоугольного волновода на круглый – состоит из трансформирующего волновода и согласующей проводимости, расположенной внутри отрезка трансформирующего волновода с небольшим зазором по отношению к прямоугольному волноводу. Характер согласующей проводимости в рабочем диапазоне частот изменяется с индуктивного на емкостное. Отрезок трансформирующего волновода выполнен в виде волновода с промежуточным поперечными сечением или образован круглым волноводом, в котором размещена диэлектрическая пластина. Согласующая проводимость выполнена в виде однократно или многократно изогнутого проводника, закрепленного на стенке волновода или диэлектрической пластине. Проводник выполнен изогнутым, например, под прямыми углами или в виде спирали. Техническим результатом является высокое качество согласования и простота конструкции.