5.1 Непрерывный режим работы свч генератора

В непрерывном режиме работы СВЧ генератора для волны H в прямоугольном метало-диэлектрическом волноводе, минимальная мощность, обеспечивающая пробивное напряжение, определяется выражением:

[W] (5.1.1),

где A – амплитуда напряженности электрического поля; - волновое сопротивление среды внутри волновода, для воздуха - 377Ω. При А, равном напряжению пробоя в воздухе, при передаче СВЧ энергии в непрерывном режиме, (при нормальных температуре и давлении), для волновода 55,70×27,85 мм получим W. Учитывая возможность наличия в волноводе стоячей волны и неоднородностей, принято вводить коэффициент запаса прочности 0,20-0,33. Максимальная мощность, допустимая по электрической прочности, составит W.

Для волны в круглом металло-диэлектрическом волноводе минимальная мощность, обеспечивающая пробивное напряжение, определяется выражением:

(5.1.2)

Где функция Бесселя первого рода; A – амплитуда напряженности электрического поля; - волновое сопротивление среды внутри волновода.

5.2 Импульсный режим работы свч генератора

При импульсном режиме работы СВЧ генератора напряжение, при котором происходит пробой электромагнитного поля, выше и зависит от длительности и частоты повторения импульсов. Определяющим фактором в развитии импульсного пробоя является число периодов изменения поля с момента включения импульса. Когда оно велико, пробойное поле будет снижаться, приближаясь к значению пробойного поля при непрерывном режиме. На f=100ГГц длительность одного полупериода поля равна 5* сек.

6. Максимальная рабочая мощность

Для прямоугольного металло-диэлектрического волновода сечением 55,70×27,85 мм на частоте 100ГГц мощность, допустимая по электрической прочности, составила W, а мощность, допустимая по тепловому ограничению - = kW (без учета потерь в воздухе и дополнительных мер по охлаждению). Для круглого метало-диэлектрического волновода диаметром 44,45 мм мощность, допустимая по электрической прочности W, существенно превышает мощность, допустимую по тепловому ограничению (без учета потерь в воздухе и дополнительных мер по охлаждению). Удвоение наружной поверхности волновода путем оребрения позволит увеличить , а соответственно и максимальную рабочую мощность до 500 kW для прямоугольного и до 200 kW для круглого волновода. На практике, для передачи СВЧ мощности в используется круглый SCW диаметром 88,9 мм.

Значения максимальных рабочих мощностей для прямоугольного металло-диэлектрического волновода сечением 111,4×55,7 мм и для круглого МДВ представлены на рис.5

Рис.5. Максимальная рабочая мощность в МДВ: круглом, , ; прямоугольном, , , прямоугольном, , ( на f = 100ГГц). Сечение круглого 3,5(88,9мм), прямоугольных 111,455,7мм.

Потери в воздушном канале волновода не учтены, т.к. они сильно меняются в зависимости от рабочей частоты, зачастую превышая на порядок затухание в стенках волновода. Поэтому, в зависимости от рабочего диапазона, следует принимать решение вакуумировать или воспользоваться открытым волноводом. Поток тепла, уходящий из волновода путем конвекции, для круглого волновода диаметром 88,9 мм составит 50 W/m, а для прямоугольного волновода 111,4×55,7 мм - 60 W/m. Мощность, допустимая по электрической прочности (волноводов заполненных воздухом), составит для круглого W и для прямоугольного = W. Максимальная рабочая мощность, практически, определяется мощностью допустимой по тепловому ограничению.

Все три варианта метало-диэлектрических волноводов позволяют переносить СВЧ мощность порядка W.

Металло-диэлектрические волноводы обладают малым затуханием и высокой электрической прочностью при работе СВЧ генераторов как в импульсном, так и в непрерывном режимах. В конструкциях волноводов, обеспечивающих малое затухание СВЧ энергии, пробой внутреннего канала наступает при чрезвычайно высоких СВЧ мощностях ( W и более). Максимально рабочая мощность определяется мощностью, допустимой по тепловому ограничению. При внимательном выборе варианта волновода и рабочего диапазона по металло-диэлектрическим волноводам можно передавать СВЧ мощность в единицы мегаватт.