34. Принцип действия диэлектрического и металлического волноводов.

Диэлектрический волновод - это стержень из диэлектрического материала, в котором могут распространяться ЭМВ с малыми потерями. Для волн миллиметрового диапазона это полистирол и полиэтилен (фторопласт), малопоглощающие, так называемые неполярные диэлектрики. ЭМВ может распространяться внутри стержня, отражаясь от его границ под углом полного внутреннего отражения. При интерференции образуются направляемые волны - моды. При этом нет потерь мощности в металле, но есть потери в диэлектрике. Эти потери достаточно велики, поэтому диэлектрические волноводы применяются для передачи сигнала на миллиметровых волнах на сравнительно короткие расстояния (метры, десятки метров).

Металлический волновод - полая металлическая трубка круглого или прямоугольного сечения. Плоская (для прямоугольного волновода) или цилиндрическая (для круглого) электромагнитные волны могут распространяться по волноводу, отражаясь от стенок. В результате интерференции отраженных под определенными углами волн образуются направляемые волновые структуры с синусоидальным или близким к нему распределением поля в поперечном сечении. При этом амплитуды направляемых волн описываются функциями от поперечных координат. Такие волновые структуры называются модами (от англ. mode). В кабеле эти моды -паразитными. В волноводе же при отсутствии центрального провода уже не может распространяться "кабельная" волна, но одна из мод может быть использована для передачи сигнала. Одномодовый режим работы можно осуществить, например, для круглого волновода при 1,3d < l < 1,7d, где d - внутренний диаметр волновода. Заметим, что здесь l = c / f. Она не равна длине волны моды в волноводе, которая имеет другое значение.

В одномодовом режиме волновод может работать только в полосе частот, причем для каждой полосы частот необходим свой волновод. Ниже этой полосы волны (моды) вообще не могут распространяться в волноводе, а выше начинают распространяться другие моды, возникает многоволновость.

Примняются в качестве линий передачи сантиметровых и миллиметровых волн. При уменьшении длины волны уменьшаются поперечные размеры волновода и возрастают потери мощности волны в стенках. Поэтому для волн с длинами порядка миллиметра и короче волноводы применяются лишь на очень короткие расстояния.

35. Падение плоской волны на границу поглощающей среды. Вывод формулы для истинного угла преломления. Частный случай: поглощающая среда – реальный металл.

Фаза поля=:

Уравнение фронта=:

Действительный угол:

Частные случаи:

1) и

2) (Реальный металл).

Глубина проникновения – амплитуда поля уменьшается в е раз.

(на какую глубину проникает волна в вещество)

36. Приближенные граничные условия Леонтовича-Щукина.

Граничные условия Л-Щ выражают связь между составляющими

Приближенное граничное условие:

Из него следует, что на поверхности реального проводника касательная составляющая напряженности электрического поля отлична от нуля. Граничное условие является приближенным. Это следует из его вывода, при котором предполагалось, что образующиеся во второй среде волны распространяются строго по нормали к поверхности раздела. В действительности направление распространения образует некоторый (в случае металлов очень малый) угол с нормалью к поверхности разделов.

37. Потери энергии в проводниках. Определение средней мощности джоулевых потерь в проводниках.

Пусть металлический объект, размеры и минимальный радиус, кривизны поверхности которого велики по сравнению с глубиной проникновения, находится в монохроматическом электромагнитном поле.

Средняя мощность джоулевых потерь:

38. Поверхностное сопротивление проводника.

Коэффициент пропорциональности принято называть поверхностным сопротивлением проводника.

39. Методы снижения тепловых потерь в проводниках.

• для усиления потерь в проводниках R↓ - увеличение

• шлифовка (убрать неровности);

• лакировка (чтобы не было окисления).

40. Линии передачи СВЧ энергии. Классификация, основные типы линий. Классификация волн в линиях передачи.

Линии передачи СВЧ энергии - набор диэлектрических и металлических поверхностей, которые способствуют возникновению направляемых волн.

Двухполупроводная линия

( чтобы линия не излучала). Значит, не подходит для СВЧ.

Микро-полосковая линия.

Симметричная полосковая линия.

Прямоугольная коаксиальная линия.

Круглая коаксиальная линия.

Все линии передачи различаются на 2 класса:

- закрытые;

- открытые.

Закрытые: эл/м энергия переносится в ограниченном объеме (волновод, коаксиальная линия).

Открытые: энергия переносится в окружающую линию пространства (из-за чего возможны потери).

Классификация направляемых волн в линиях передачи.

ТЕМ-волны:

Н-волны (магнитные):

E-волны (электрические):

Гибридные (смешанные):