Хвилеводи і світловоди

Хвилевід - канал для поширення хвиль. Конструктивно хвилевід являє собою порожню металеву трубку круглого чи прямокутного перерізу, виготовлену з добре провідного матеріалу. Відомі такі хвилеводи інших конструкцій - еліптичні, П - образні, Н - образні. Звичайно хвилеводи робляться біметалічними - зовнішня силова частина виготовляється з конструкційного матеріалу - сталь, сплави, а внутрішня - з матеріалів з високою провідністю - мідь, срібло, золото.

Хвилеводи бувають 3-х типів:

- круглого

- прямокутного

- циліндричного

За характером перетину:

- еліптичні;

- П - образні;

- Н -образні.

Зовнішній шар – сталь, внутрішній шар - мідь/срібло.

Довжина хвилі переданого сигналу повинна дорівнювати або D - діаметру провідника, або 2H - прямокутному перетину.

Хвилеводи пропускають тільки більші за критичну частоти.

Хвилі нижче критичної частоти не відбиваються від стінок.

У хвилеводу в порівнянні з всіма іншими кабелями найменше затухання на одиницю довжини. Найбільше затухання в коаксіала, у симетричного набагато менше.

Передача по хвилеводах електромагнітної енергії може бути описана з достатньою точністю тими ж законами, що і при вільному випромінюванні електромагнітної хвилі в просторі. У хвилеводних системах найбільш ефективно поширюються хвилі вищого порядку ТІ і ТМ, для яких визначальними є струми зсуву Ізс. У цьому випадку різниця потенціалів створюється між полюсами хвиль, а також між полюсами і стінками хвилеводу, тому по хвилеводу можлива передача сигналів з такою довжиною хвилі, щоб у перетині хвилеводу вклалося ціле число напівхвиль. Для зручності класифікації й обліку їхньої конфігурації до букв ТІ і ТМ додаються ще двозначні індекси n, т. Буква n означає в круглих хвилеводах число повних змін поля по окружності, буква т - число змін поля в діаметрі.

У хвилеводі електромагнітне поле цілком екранується, і тому втрат на випромінювання не повинно бути. Діелектричні втрати в хвилеводі також дуже малі. Втрати в металі хвилеводу істотно менше, ніж у симетричного чи коаксіального ланцюга. У коаксіального кабелю, наприклад, велика частина втрат (80%) викликається внутрішнім проводом, тому що периметр його перерізу набагато менше, ніж зовнішнього. Таким чином, мінімальні втрати в хвилеводу, потім у коаксіального кабелю, а у симетричного максимальні. Перевагою хвилеводу є також те, що по ньому можна пропускати більшу потужність, ніж по коаксіальному кабелю.

Шлях, який проходить промінь через волокно довжиною l, дорівнює I/cosQmax. Таким чином, час поширення по найкоротшій траєкторії

,

а час поширення по найдовшій траєкторії відповідно

,

де с - швидкість світла в склі.

Підсумовуючи, можна відзначити, що перевагами хвилеводу є: можливість передачі дуже високих частот - порядку 1011-1012 Гц; малі втрати при великій потужності; простота конструкції.

До недоліків хвилеводів відносяться: наявність критичної частоти, у зв'язку з чим хвилевід не пропускає частот, довжини хвиль яких більше, ніж діаметр хвилеводу; чіткі вимоги до точності виготовлення, прокладки і монтажу. Так, припустимий вигин на довжині 10 м не повинен перевищувати 5 см.