20)Согласование в полосе частот.

Согласовать два волновода – значит создать такие условия, при которых электромагнитная волна, распространяясь из одного волновода в другой, не имеет отражения.

Обозначим границы полосы пропускания и или и и назовём перекрытием частот (длин волн) следующие соотношения: = , = .

Волновод считается согласованным в полосе частот с перекрытием q, если коэфф-т отражения не превышает заданного значения во всей полосе частот. Для обеспечения такого согласования применяют специальные устройства – согласующие переходы, которые представляют собой отрезки волноводов переменного сечения.

Коэфф-т отражения от всего перехода: Г= (-2ihz)dz, P(z)= . Эти выражения позволяют рассчитать коэфф-т отражения по заданному закону P(z) изменения сопротивления перехода. Целесообразность применения согласующего перехода оценивается тем, насколько меньшую величину коэфф-та отражения он обеспечивает по сравнению с простым волноводным стыком. Коэфф-т г= , f= наз-ся выигрышем перехода.

Примеры согласующих переходов:

а) биномиальный переход – это переход, который состоит из m ступенек длины d. В результате на каждой ступеньке накапливается фазовый сдвиг =hd. Для Г такого перехода получим: = ln( ) ; Выигрыш биномиального перехода г= . Обычно: d= , = , г= .

б) экспоненциальный переход. У такого перехода сопротивление изменяется по закону: Z(z)= (1- ) , где = ln

Таким образом, для P(z) имеем P(z)=- и для Г получаем Г= dz= ln( )(sinhL) /hL. Выигрыш перехода: г= .

Надо отметить, что существует ещё много видов согласующих переходов, среди которых наибольший выигрыш.

22)Периодические замедляющие системы

Замедляющие системы- уст-ва СВЧ, обладающие тем св-вом, что распространяющиеся по их поверхности эл.маг волны имеют фазовую скорость меньше скорости света. Периодическими наз. системы явл. периодичными с некоторым шагом L в направлении распространения волны. Они делятся на: системы коаксиального и волноводного типа. Основой систем коаксиального типа являются различного вида спирали (а) и системы типа кольцо - стержень (б):

Основой волноводных периодических систем являются гребенчатые (в) и щелевые (г) замедляющие системы:

Общие закономерности распространения волн в периодических структурах определяются теоремой Флоке: для данного типа волны эл.маг поля (с амплитудами А_m(x,y) и постоянными распространения _m = ₀ + 2m/L = /L + 2m/L , m = 0, 1, 2 . . . ) в поперечных сечениях периодической структуры, отстоящих друг от друга на период, отличаются только фазовым множителем:

E(z+L) = e^-i E(z)

Где -сдвиг фазы в сечениях, отстоящих друг от друга на один период . Решение ур. Максвела в таких системах определяется в виде бесконечного ряда волн:

E(z,t) = _m(x,y)exp i(t-_mz)

Эти волны называются пространственными гармониками. Их совокупность удовлетворяет периодическим граничным условиям, в то время как одна гармоника им удовлетворить не может. Пространственные гармоники имеют одинаковую частоту, но различные фазовые скорости а групповая скорость всех гармоник одинакова:_г = d/d_m = d/d₀.

Гармоники у которых направления фазовой и групповой скорости совпадают, называются прямыми пространственными гармониками, гармоники у которых эти направления противоположны - обратными пространственными гармониками. Прямые гармоники используются в лампах бегущей волны, обратные - в лампах обратной волны.

Явление зависимости фазовой и групповой скорости пространственных гармоник от частоты носит название дисперсии пространственных гармоник и является одной из основных характеристик замедляющих систем. Для большинства пространственных гармоник d|_фm|/d  0 (нормальная дисперсия), но встречаются случаи (у обратных гармоник), когда d|_фm|/d  0 (аномальная дисперсия). Характерной особенностью периодических структур является наличие у каждого типа волны двух частот отсечки - нижней _н (при  = 0) и верхней _в (при  = ) , поскольку процесс распространения волны над периодической структурой можно рассматривать как процесс её последовательного отражения от неоднородностей, при котором в случае  = 0 и  =  , отраженные волны складываются в фазе, в результате чего распространение становится невозможным. Интервал от _н до _в называется полосой пропускания (прозрачности) системы. Наряду с дисперсией и полосой пропускания свойства системы оцениваются также сопротивлением связи m-ой гармоники R_св.m = |E_zm|²/2_m²P , определяющим эффективность взаимодействия с потоком электронов и - затуханием : А = 4,34 Р_L/LP , определяющим мощность, рассеиваемую на нагрев стенок на одном периоде L .

Так же учитывается при выборе замедляющей системы конкретного применения: максимальная передаваемая мощность, теплорассеивающая способность, габариты, технологичность конструкции и т.д.