13

ЭУМК

Техническая Электродинамика

Материал для самостоятельной подготовки

Технические характеристики круглого волновода

Используется в диапазоне длин волн от 10 до 3 см

Области применения:

1. Для передачи энергии на линейной (можно передавать две ортогональные линейные поляризации) или круговой поляризациях на расстояния в десятки метров (например, передача сигнала волной Н₁₁ на частотах 4-8 ГГц от антенн к приемным устройствам и от генераторов к антеннам в радиорелейных системах, когда антенны устанавливаются на вышках высотой около 100 метров, а генераторы и приемники – на земле).

2. Использование в качестве элементов вращающихся сочленений (волна Е₀₁)и ли в качестве элементов устройств, требующих поворота плоскости поляризации или использующих круговую поляризацию (волна Н_11).

Основной тип волны Н₁₁.

λ_кр= 3,41 а, где 2а – диаметр волновода.

Структура полей Е и Н волны Н₁₁ показана на рис. 1 в)

Рис 1. Структура полей в поперечном и продольном сечениях круглого волновода для волн Е₀₁(«а»)_, Н₀₁(«б») и Н₁₁(«в») _{__________} силовые линии электрического поля

- - - - - - силовые линии магнитного поля.

Высшие типы волн

Волна Е₀₁. Симметричная по координате φ. Основное использование – во вращающихся сочленениях

λ_кр= 2,61 а

Структура поля показана на рис. 1 а)

Волна Н₀₁ λ_кр= 1,64 а. Особенность волны – ток течет только поперечный по координате φ.

Структура поля показана на рис. 1 б)

Вместе с этими волнами в волноводе могут распространяться так же волны типа

Н₂₁ λ_кр= 2,06 а и Е₁₁ λ_кр= 1,64 а.

Зависимости потерь в металле волновода от длины волны для волн Н_11, Е_01, Н₀₁ и представлена на рис.2

Рис. 2 Коэффициенты затухания для волн Н₁₁, Е₀₁ и Н₀₁ в круглом волноводе

Из рис видно, что в отличие от волн Н_11, Е₀₁ волна Н₀₁ имеет аномальную зависимость потерь при уменьшении длины волны. Вместо увеличения - потери уменьшаются. При малых длинах волн можно получить на волне Н₀₁ очень малые потери и использовать эту волну для передачи энергии на большие расстояния.

Так при диаметре волновода 2а=50 мм и длине волны 6 мм потери составляют 0.5 дб/км.

Однако при этом в волноводе распространяется еще порядка 100 типов волн, от которых нужно отстраиваться. Следует иметь в виду, что в волноводе всегда присутствуют нерегулярности, на которых происходит размножение волн. В результате этого энергия волны Н₀₁ на нерегулярностях постепенно переходит в энергию других волн и теряется, поскольку эти волны имеют высокий коэффициент затухания в металле. Подавить лишние волны можно с помощью поперечных кольцевых щелей в металле волновода. Подобное возможно, поскольку для волны Н₀₁ токи текут только в поперечном направлении, а остальные типы волн возбуждают продольные токи, протеканию которых и препятствует наличие поперечных щелей. Однако все хорошо только в теории, поскольку эти волны хотя и не распространяются в волноводе, но они все равно возбуждаются на неоднородностях тракта и при этом их энергия высвечивается через щели.

Максимальную мощность по круглому волноводу можно передать, используя волну Н₁₁ с круговой поляризацией, поскольку в этом случае поле в волноводе оказывается наиболее равномерным.

Устройства СВЧ на основе подмагниченных ферритов

При отсутствии внешнего магнитного поля феррит представляет собой магнитодиэлектрик с относительной диэлектрической проницаемостью и тангенсом потерь

Используется в технике СВЧ основном в сантиметровом диапазоне волн.

Достоинством устройств СВЧ на основе подмагниченных ферритов является высокая пропускаемая мощность, основной недостаток – существенная зависимость характеристик от температуры.