Материал для самостоятельной подготовки\

Подготовка к лабораторной работе №1

1. Технические характеристики волноводных линий передачи

ВОЛНОВОД – это линия передачи, имеющая одну или несколько проводящих поверхностей с поперечным сечением в виде замкнутого проводящего контура, охватывающего область распространения энергии.

Ниже мы рассмотрим полый прямоугольный волновод с одним проводящим контуром, охватывающим область распространения энергии.

Прямоугольный волновод представляет собой металлическую трубу прямоугольного сечения с размерами поперечного сечения а и в соответственно широкой и узкой стенок волновода (Рис. 1) Если а=в, волновод называется квадратным.

Рис.1 Прямоугольный волновод

Диапазон частот, в котором, как правило, используется прямоугольный волновод – 1000 – 100 000 МГц.

Основной тип волны Н₁₀. Критическая длина волны Н₁₀ - λкр=2а.

Длина волны в волноводе с воздушным заполнением:

. (1)

Составляющие поля волны Н₁₀ :

(2)

где и комплексные амплитуды полей, – постоянная распространения, – характеристическое сопротивление волны Н_10. При приближении к значение растет до бесконечности.

Первые высшие типы волн – Н₂₀ (λ_кр=а), Е₁₁ и Н₁₁ ( .

Стандартные сечения выпускаемых волноводов : 72х34 мм ( , 23х10 мм ( ; – рабочая длина волны генератора. Размер b может отличаться от указанного.

Плотности электрических токов, текущих по стенкам волновода, находятся как векторное произведение составляющей вектора Н, касательной к металлической поверхности, и нормали к этой поверхности, т.е. токи на поверхности металла ортогональны линиям вектора Н.

Соответственно на широкой стенке волновода присутствуют составляющие токов j_x и j_z, а на узкой - j_y:

(3)

где и – орты прямоугольной системы координат.

Амплитуды токов в зависимости от координат х и у меняются пропорционально соответствующим составляющим вектора Н.

На рис. 2 а показана структура силовых линий векторов Е и Н волны Н_10, на рис. 2 б) эпюры распределения полей по координатным составляющим_, на рис. 2 в указаны направления токов, текущих по стенкам волновода.

Рис. 1.2 Структура (а) и распределение поля (б), структура поверхностных токов (в) волны Н₁₀ в прямоугольном волноводе.

Потери в волноводе.

Зависимость потерь в прямоугольном волноводе от длины волны показана на рис.3

Рис.1.3 Затухание волны Н₁₀ в прямоугольном волноводе

Рабочая область для волны основного типа (Н₁₀) лежит в пределах

где

Мощность, пропускаемая волноводом

Мощность, пропускаемая волноводом, может быть подсчитана как интеграл по поперечному сечению волновода от вектора Пойтинга:

(4)

где Е_t – действующее значение поперечной составляющей поля Е в волноводе; S – площадь поперечного сечения волновода, через которое проходит волна, z_с - характеристическое сопротивление волны Н₁₀.

При приближении к пропускаемая мощность Р стремится к нулю.