11 Токи на стенках прямоугольного волновода Излучающие и неизлучающие щели.

Поскольку картина распределения силовых линий вектора в волне рассматриваемого типа известна, построение линий тока на стенках не представляет затруднений: эти линии образуют семейство кривых, ортогональных семейству силовых линий напряженности магнитного поля (рисунок 2.5). Подчеркнем еще раз, что здесь изображена картина мгновенного распределения токов, во времени она перемещается вдоль оси волновода с фазовой скоростью.Наглядно можно представить себе, что поверхностный ток, растекаясь, например, из центральной области нижней широкой стенки в радиальном направлении, огибает затем два нижних ребра и, пройдя по узким стенкам, вновь собирается в центральную область верхней широкой стенки. Через половину длины волны в волноводе направления линий поверхностного тока меняются на обратные.Из представленного чертежа видно, что точки схождения и расхождения линий тока расположены как раз там, где напряженность электрического поля равна нулю. щель в стенке волновода эффективно излучает электромагнитную энергию в том случае, если она перерезает линии поверхностного тока.

Излучающие щели широко применяют при создании так называемых щелевых антенн в диапазоне сантиметровых волн В ряде случаев требуются неизлучающие щели, позволяющие вводить внутрь волновода различные устройства, не искажая структуру поля.

12Предельная и допустимая мощности в прямоугольном металлическом волноводе Равенство дает возможность ответить на существенный для практики вопрос о предельно допустимой мощности, передаваемой по прямоугольному волноводу.Дело

в том, что наибольшая амплитуда не должна превосходить некоторого вполне определенного уровня, выше которого наступает электрический пробой среды, заполняющей волновод. Так, для сухого атмосферного воздуха при нормальном давлении принято считать, что кВ/см. Следует иметь в виду, что эта цифра характеризует пробивной градиент электрического потенциала применительно к постоянному или достаточно медленно меняющемуся напряжению

1 3 Диаграмма типов волн в круглом волноводе. Основной тип волны. Условие одноволновости критические длины для волн , , , построим диаграмму типов волн в круглом волноводе (рисунок 3.6). Отметим, что в круглом волноводе не могут распространяться электромагнитные волны с длиной волны . Волновод при этом находится в режиме отсечки. Основной тип волны в круглом волноводе относится к классу волн Н11 типа Круглый волновод работает в одноволновом режиме при условии: пропуская лишь основной тип волны

14Критичуская длина волны е и н типа в круглом металлическом волноводе

Критические длины волн Н-типа в круглом волноводе находят на основании того же принципа, что и в случае прямоугольного волновода: . Основные расчетные формулы остаются теми же, что и для волн магнитного типа: ,

15Применение прямоугольных и круглых металлических волноводов Полые металлические волноводы используют в диапазоне рабочих длин волн приблизительно от 50 см до 1 мм. Если говорить о радиочастотных линиях передачи – наиболее типичной области применения волноводов, то на волнах дециметрового диапазона волноводы используются лишь в мощных устройствах, а начиная с длины волны приблизительно 6 см – повсеместно. Широкое применение полых металлических волноводов обусловлено рядом их достоинств – высокой технологичностью волноводных конструкций, достаточно малыми потерями, отличной защищенностью от внешних помех, способностью передавать огромные импульсные мощности. Хотя технологически и конструктивно круглый волновод предпочтительней прямоугольного, он используется, в основном, в виде коротких отрезков. Причина - явление поляризационной неустойчивости основной волны типа в круглом волноводе. Поляризационная неустойчивость - прямое следствие цилиндрической симметрии круглого волновода.Например, если на входе некоторой волноводной системы волна типа поляризована то под влиянием различных случайных или преднамеренных деформаций волноводной линии колебания на выходе имеют уже другое направление плоскости поляризации. Поскольку возбуждающие устройства работают, как правило, лишь с колебаниями вполне определенной поляризации, описанный здесь эффект часто препятствует использованию круглых волноводов в качестве линии передачи СВЧ-сигналов

16Линии передачи Т волны. Критичкская длина волны При классификации направляемых волн указывалось, что существует особый класс решений уравнений Максвелла, для которого характерно отсутствие продольных проекций как электрического, так и магнитного векторов. Волны такого вида принято называть поперечными электромагнитными волнами - волнами типа Т или ТЕМ-волнами. Во многих радиотехнических устройствах работают волноводы с волнами этого типа. Примерами таких волноводов являются коаксиальные и полосковые линии передачи. – волны типа Т в отличие от изученных ранее Е- и Н-волн не имеют частотной дисперсии фазовой скорости. Для волн типа Т продольное волновое число h совпадает с коэффициентом фазы , а поэтому поперечное волновое число . Отсюда непосредственно следует, что критическая длина Т-волн . Следовательно, волновод с волной типа Т в равной мере пропускает колебания любых частот начиная с постоянного тока .

17 Понятие волнового сопротивления. По определению, отношение амплитуды напряжения к амплитуде тока бегущей волны называют волновым сопротивлением Z_В линии передачи с волной типа Т. В данном случае Волновое сопротивление служит важнейшей технической характеристикой линий передачи с волной Т-типа. Это объясняется тем, что при каскадном включении двух отрезков волноводов с различными параметрами, например, с разными диаметрами проводников, мощность из одной линии целиком, без отражений, будет передана в другую, если выполнено условие согласования .

18 Коаксиальная линия передачиДанная линия передачи (волновод), широко применяемая в радиотехнических устройствах, представляет собой два коаксиальных металлических цилиндра радиусами а и b, разделенных диэлектриком (рисунок 4.2). Для анализа структуры электромагнитного поля в таком волноводе целесообразно ввести цилиндрическую систему координат r, , z, продольная ось которой совпадает с осью системы проводящих цилиндров.

Рисунок 4.2 Коаксиальный волновод

Используемые в радиотехнике коаксиальные волноводы чаще всего имеют вид коаксиальных кабелей – гибких линий передачи, конструкция которых изображена на рисунке 4.4. Чтобы обеспечить гибкость, в качестве диэлектрика применяют полимерные материалы, такие, как полиэтилен, фторопласт-4 и др. Для этой же цели наружный проводник коаксиального кабеля выполняют в виде оплетки, состоящей из большого числа тонких медных проводников Промышленность выпускает разнообразные кабели, отличающиеся своей конструкцией и областями применения. Однако номинальные значения волновых сопротивлений кабелей стандартизованы. Чаще всего используют коаксиальные линии передачи с волновым сопротивлением 50, 75, 100, 150 и 200 Ом. Стандартизация волновых сопротивлений облегчает создание унифицированных узлов и компонентов радиоэлектронной аппаратуры.

19Полосковые линии передачи За последние десятилетия в технику СВЧ прочно вошел особый класс линий передач с волнами Т-типа, называемых полосковыми волноводами. В этих волноводах токонесущие проводники представляют собой тонкие полоски металла, между которыми находится подложка – плоский слой диэлектрика с малыми потерями. Полосковые волноводы бывают симметричными и несимметричными.По многим конструктивным и технологическим соображениям на практике предпочитают несимметричные полосковые волноводы. Чтобы обеспечить высокие электрические и механические характеристики, в качестве материалов для подложки часто используют твердые диэлектрики на основе оксида алюминия – поликор (ε=9,6) и лейкосапфир (ε=11,4). Высокая диэлектрическая проницаемость этих материалов позволяет существенно уменьшить поперечные габариты волноводов Таким образом, при h/b1 и ε1 можно обоснованно пренебречь сравнительно малыми продольными проекциями . Низший тип волны в таком микрополосковом волноводе, имеющий нулевое значение критической частоты, принято называть квази-Т-волной.

20 . ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОЛН. Очевидно, что при этом фазовая скорость волн должна удовлетворять неравенству . Подобные волноводные системы называют замедляющими структурами. Эти структуры находят применение и в других областях радиоэлектроники, в частности, при создании некоторых видов антенн СВЧ-диапазона. Основные типы линий передач поверхностных волн и области их применения

1Диэлектрические волноводы Передача электромагнитной энергии в миллиметровом (КВЧ) и субмиллиметровом (ГВЧ) диапазоне волн

2СветоводыПередача электромагнитной энергии в оптическом диапазоне волн 3Гребенчатая замедляющая структура Передача электромагнитной энергии в мощных электронных приборах и малогабаритных антеннах СВЧ-диапазона 4Спиральный волновод В лампах бегущей волны в качестве усилителей 5Диафрагмированный волновод В линейных ускорителях заряженных частиц

В инженерной практике эффективность работы замедляющей системы оценивают, вводя безразмерный коэффициент замедления .Для рассмотренного случая , т.е. фазовая скорость волны примерно на 30% меньше скорости света.

21 Прямоугольный объемный резонатор Здесь на простейшем примере будет рассмотрен метод, позволяющий рассчитать резонансную длину волны и структуру электромагнитного поля в объемном резонаторе, образованном отрезком прямоугольного волновода.

Рисунок 6.4 Прямоугольный объемный резонатор

Рассмотрим отрезок прямоугольного волновода сечением , ограниченный двумя металлическими торцевыми поверхностями, которые располагаются в сечениях z=0 и z=l (рисунок 6.4). Подобная замкнутая металлическая полость представляет собой прямоугольный объемный резонатор. резонансной длины волны колебания типа Е_{m n р} в прямоугольном объемном резонаторе .

22 Круглый объемный резонатор Рассмотрим цилиндрический объем, образованный отрезком круглой металлической трубы радиусом а. Отрезок имеет длину l и ограничен с обеих сторон проводящими торцевыми стенками (рисунок 6.8). Такая система представляет собой круглый (или цилиндрический) объемный резонатор. Поставим задачу найти полную совокупность резонансных частот данной колебательной системы.

Рисунок 6.8 Круглый объемный резонатор

для колебаний типа Е_mnp ;

для колебаний типа Н_mnp .