книги / СВЧ-энергетика. Генерирование. Передача. Выпрямление

ков, а с7х и й2 .— соответственно расстояния между исход­ ными плоскостями и линзой, то можно записать следую­ щее соотношение для трансформации [71:

Это находится в соответствии с соотношением (8), по­ скольку Е> = 2йг = 2йо. Соотношения (9) и (10) пригодны также для линз с отрицательным фокусным расстоянием. Если расстояния ^ и й2 отрицательны, это означает, что исходные плоскости расположены с противоположной сто­ роны линзы.

Трансформация гауссовых типов представляет интерес в связи с возбуждением волноводов. Так как потери пере­ дачи в этих волноводах пропорциональны общему числу актов восстановления, а расстояние между последующи­ ми восстановлениями увеличивается пропорционально квадрату параметра пучка, желательно этот параметр, т. е. диаметр пучка, выбирать по возможности большим. С другой стороны, иногда легче получить гауссовый пу­ чок с меньшим параметром, чем с большим. Это влечет за собой необходимость соответствующей трансформации, прежде чем пучок будет инжектирован в волновод. Прин­ ципы трансформации пучков в более распространенных оптических системах были развиты в работах [8] и [9].

Трансформация и восстановление гауссовых пучков может быть получена с помощью эллиптических парабо­ лических рефлекторов, как это используется в волноводе, показанном на фиг. 3, а. Если угол падения относитель­ но оси рефлектора равен 0 (фиг. 3, а), то радиусы кривиз­ ны рефлекторов в плоскостях ху и хг%требуемые для трансформации' пучка, равны радиусу линзы с фокусным

могут все же использоваться для определения потерь проводимости в рефлекторных волноводах.

Затухание мощности а в децибелах на метр вследствие омических потерь может быть получено из уравнения (11) и для конфокальных волноводов, показанных на фиг. 3, а, равно

скольку на один акт восстановления поля приходится два отражения.

Б. Допустимая передаваемая мощность. Максималь­

раженная через Е 0, может быть получена из уравнения (5)

00

р ^ д= ( _8^г ) е 5*

Предполагая пробивное напряжение воздуха 2,9-10® в/м, получим максимально допустимую мощность конфокаль­ ного волновода [11]

«размером пятна». Отношение между Рпот и размером «пятна», т. е. величина Рпот соз 0/АД), может использо­ ваться как мера средней мощности потерь на единицу поверхности рефлектора. Цели эту величину разделить

на хх, то можно получить для волновода, показанного на фиг. 3, а, следующее соотношение:

в виде зависимости от 0, если Япад(= ОХЕо/Бц) исполь­ зуется в качестве параметра для фиксированной Л. Зату­ хание а может быть изображено в виде зависимости от 0 для того же значения Л при использовании Л в качестве параметра. Таким образом, получается универсальный график для расчета параметров волновода. Такой график

ней мощности потерь на единицу поверхности отражателя составят 2,7-108а (точка В) = 270 вт/м2 и 1,2• 10°сс (точ­ ка 0) = 1200 вт/м2 соответственно.

Дифракционные потери на одну повторяемость поля меньше, чем омические потери на одно отражение, и со­ ставляют аЛ 51П 0 = 0,99 ЛО " 4 дб и 0,64 -10_3 дб в двух рассмотренных случаях. Из фиг. 4 видно, что а 2л/ЛЛ должно быть меньше 4,0 и 3,4 соответственно. Взаимное удаление отражателей (фиг. 3, а) должно быть, следо­ вательно, больше 3,6 и 10,4 м соответственно.

В.Возбуждение гауссовых типов. В СВЧ-диапазоне

ина миллиметровых волнах могут достигаться высокие к. п. д. возбудителей при использовании волноводных рупоров. Для диэлектрического линзового волновода

Схема такого устройства представлена на фиг. 9, а. На фиг. 9, б показано аналогичное устройство для слу­ чая рефлекторного квазиоптического волновода.

Если распределение поля в круглом волноводе, питаю­ щем рупор, соответствует волне Т Е О у то максимальное значение к. п. д. возбуждения основного типа пучка

Конический рупор

Ф и г. 9. Передача типов пучка в линзовом волноводе (я) и рефлекторном волноводе (б).

В работе [14] предложена конструкция несфериче­ ских линз для использования с рупорами при.возбужде­ нии сдвоенного типа волны. Смысл предложения заклю­ чается в том, чтобы иметь более однородное распределе­ ние фаз по апертуре рупора по сравнению со сфериче­ ской линзой. Эта идея может быть с успехом применена

идля рефлекторных квазиоптических волноводов.

Г.Экспериментальные результаты и заключение. В ра­ боте [151 впервые описан эксперимент для измерения рас­ пределения поля по поперечному сечению и для измере­ ния потерь на один акт восстановления в рефлекторном

квазиоптическом волноводе. Экспериментально опреде­ ленные потери состайили 0,0015 дб на одну повторяемость. Расчетная же величина равна 0,0013 дб для систем, ис­ пользующих алюминиевые рефлекторы и работающих на длинах волн 4 мм. Распределение электрического поля в средней плоскости между рефлекторами, измеренное с

Ф и г. 10. Измеренное распределение ноля в рефлекторном волноводе.

Электрическое поле поляризовано в направлении у.

помощью небольшой рупорной антенны и болометриче­ ского детектора, показано на фиг. 10.

Это распределение поля было определено после седь­ мого рефлектора, т. е. в условиях, когда все типы высших порядков, которые могут возбуждаться рупорной систе­ мой, были несколько ослаблены за счет дифракции.

В литературе пока нет данных об экспериментах, ко­ торые демонстрировали бы практическую полезность

рефлекторных квазиоптических волноводов для передачи СВЧ-мощности. Однако теоретические рассмотрения по­ казывают, что они могут обладать способностью переда­ вать высокие уровни СВЧ-мощности при низких потерях и высоком к. п. д.

О б о з н а ч е н и я

а, Ъ— размеры рефлектора; с/1? ^2 — расстояния от линз;

б— длина периода повторяемости поля;

йг = О 51П 0;

к= 2яД;

К— ядро интегрального уравнения;

р— собственное значение интегрального

уравнения; Рп0т — мощность потерь;

Р пад — падающая мощность; Рмакс — максимальная допустимая мощность;

/?. Р х, Ру — радиус кривизны; 5 — апертура;

х} у, г — координатные оси;

а— затухание мощности вследствие оми­ ческих потерь;

ес —диэлектрическая проницаемость сво­ бодного пространства;

8.И е з с Ь а ш р з О. А., М а з 1 Р. Е., Веат Ггастд апЛ аррПсайопз, Ргос. 5утр, (ЭиазЬОрИсз, Липе 8—10, 1964, рр. 379—

р.67—126 (1968).

11.Б е п Г о г й Л. Е., Ро\уег ЬапЛ1т(* сарасйу оГ а геПесНп§ Ьеат шауе^шЛе, Ргос. 1ЕЕЕ, 53, р. 493 (Мау 1965).

12.Р о I Г е г Р. Э., А пе^у Ьогп апГеппа \уйЬ зирргеззеЛ 1оЬез апЛ е9иа1 Ьеат \у1Л1Ь5, М1сго\в>аие 7., 6, р. 71 (Липе 1963).

3.5.ПЕРЕДАЧА ПУЧКОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН В СВОБОДНОМ ПРОСТРАНСТВЕ

Гу б о* Шв е р и н г ]

I. Введение

Передача энергии от точки к точке в свободном про­ странстве обычно используется в радиорелейных систе­ мах СВЧ. Однако к. п. д. передачи в этом случае очень мал, обычно порядка 10~10—10"13, поскольку приемник располагается вдали от передающей антенны, в то время как сила поля уменьшается обратно пропорционально расстоянию. К. п. д. передачи на большие расстояния можно получить из известного выражения

5 < ( - г а г ) ‘ 8А . <•>

где С?! и 02 — усиления передающей и приемной антенн,

где Я — радиус наименьшей сферы, которой можно окру­

Теоретически существуют антенны со сверхусилением,

в которых величины О превышают верхний предел, под­ считанный по выражению (2). На практике наивысшее сверхусиление меньше удвоенного максимума нормаль­ ного усиления [11, поскольку сверхусиление связано с сильными реактивными ближними полями, которые ве­ дут к недопустимо большим потерям в антеннах или