15)Наложение плоских волн. Коэффициент бегущей и стоячей волны. Плоская волна в произвольной системе координат. Волновой вектор

Коэффициент стоячей волны — Отношение наибольшего значения амплитуды напряженности электрического или магнитного поля стоячей волны в линии передачи к наименьшему^[1].

Характеризует степень согласования антенны и фидера (также говорят о согласовании выхода передатчика и фидера). На практике всегда часть передаваемой энергии отражается и возвращается в передатчик. Отражённая энергия ухудшает работу передатчика и может его повредить.

КСВ рассчитывают следующим образом:

KСВ = 1 / KБВ = (Uпад + Uотр) / (Uпад - Uотр), где Uпад и Uотр - амплитуды падающей и отраженной электромдаагнитных волн.

КСВ измеряется или рассчитывается на определенной длине волны или в диапазоне длин волн.

В идеальном случае КСВ = 1, это означает, что отраженная волна отсутствует. При появлении отраженной волны КСВ возрастает в прямой зависимости от степени рассогласования тракта и нагрузки. Значения КСВ до 1,5 считаются приемлемым в УКВ диапазоне. На практике чаще используется коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН). Этот параметр обязательно оговаривается в технических требованиях на передающее устройство. Кроме того, существуют ГОСТы на предельно допустимый уровень КСВ^{[источник не указан 713 дней]}.

КСВ является обратной величиной к коэффициенту бегущей волны (КБВ).

КСВ зависит от многих условий, например:

Волновое сопротивление СВЧ кабеля и источника СВЧ сигнала

Неоднородности, спайки в кабелях или волноводах

Качество разделки кабеля в СВЧ-соединитель (разъём)

Наличие переходных соединителей

Сопротивление антенны в точке подключения кабеля

Качество изготовления и настройки источника сигнала и потребителя (антенны и др.)

КСВ измеряют с помощью включения в тракт двух направленных ответвителей, включенных в противоположных направлениях. В космической технике КСВ измеряется встроенными в волноводные тракты датчиками КСВ. Параметр КСВ входит в состав телеметрической информации, принимаемой от космического аппарата.

При проведении измерений КСВН необходимо учитывать, что затухание сигнала в кабеле приводит к погрешности измерений. Это объясняется тем, что и падающая и отраженная волны испытывают затухание. В этом случае КСВН можно рассчитать по формуле: КСВН=(Uпрям+Uотр*К)/(Uпрям — Uотр*К),

где КСВН — коэффициент стоячей волны по напряжению; Uпрям — измеренное напряжение падающей волны; Uотр — измеренное напряжение отраженной волны; К — коэффициент ослабления отраженной волны.

Коэффициент ослабления отраженной волны рассчитывается по формуле: K=B*2*L

где K — коэффициент ослабления отраженной волны; В - удельное затухание, дБ/м; L - длина кабеля, м. В этой формуле коэффициент 2 учитывает тот факт, что сигнал испытывает ослабление при передаче от источника СВЧ сигнала к антенне и на обратном пути. Так как при использовании кабеля PK50-7-15 удельное затухание на частотах Си-Би (около 27 МГц) составляет 0,04 дБ/м, то при длине кабеля 40 м отраженный сигнал будет испытывать затухание 0,04*2*40=3,2 дБ. Это приведет к тому, что при реальном значении КСВН, равном 2,0, прибор покажет только 1,38; при реальном значении 3,0 прибор покажет около 2,08.

Коэффицие́нт бегу́щей волны́ (КБВ) — отношение наименьшего значения амплитуды напряженности электрического или магнитного поля стоячей волны в линии передачи к наибольшему. КБВ является величиной, обратной коэффициенту стоячей волны.

Выражение коэффициента бегущей волны через различные величины

С амплитудами падающей ( U_пад) и отраженной ( U_отр) волн в линии КБВ связано соотношением: K_бв = (U_пад - U_отр) / (U_пад + U_отр)

Через коэффициент отражения по напряжению ( K_U ) КБВ выражается следующим образом: K_бв = (1 - K_U) / (1 + K_U)

При чисто активном характере нагрузки КБВ равен: K_бв = R / ρ при R < ρ или

K_бв = ρ / R при R ≥ ρ

где R — активное сопротивление нагрузки, ρ — волновое сопротивление линии

Другие величины, характеризующие отражения

Коэффициент стоячей волны — K_ст = 1 / K_бв = (U_пад + U_отр) / (U_пад - U_отр)

Коэффициент отражения по напряжению — K_U = ( 1 - K_бв ) / ( 1 + K_бв )

Для измерения КБВ применяются измерительные линии, измерители полных сопротивлений, а также панорамные измерители КСВН (ими измеряется только модуль, без фазы).

Мерами КБВ являются различные измерительные нагрузки — активные, реактивные с изменяемой фазой и др.

КОЭФФИЦИЕНТ БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ (КБВ) показывает степень согласования приемной антенны с фидером (кабелем) снижения. Он численно равен отношению минимального напряжения (узел) линии к максимальному напряжению (пучность), которые имели бы место при измерении вдоль фидера при работе антенны в режиме передачи: КБВ = Uмин / Uмакс (3.9a)

Выражается КБВ в относительных единицах: чем больше значение КБВ, тем эффективнее передача сигнала от антенны к телевизору. Полное согласование будет в том случае, когда сопротивление антенны Ra и волновое сопротивление фидера Rф равны (Ra = Рф). При чисто бегущей волне ток и напряжение по длине фидера не имеют ни минимума, ни максимума, а КБВ равен единице. Такой режим согласования практически получить трудно, вполне достаточно считать КБВ>0. 5, что соответствует снижению мощности принимаемого сигнала до 10% [3. 3]. Чем выше значение КБВ (в антеннах различных конструкций находится в пределах 0, 25... 0, 6), тем эффективнее передача сигнала от антенны к телевизору, выше качество приема.

16) Законы Снеллиуса. Коэффициенты отражения и прохождения.

21.Направляющие системы и направляемые волны

Круглый волновод, структура полей, применение ряда волн в технике связи

Круглый волновод – это линия передачи в виде металлической трубы круглого поперечного сечения радиуса а.

В круглом волноводе могут распространяться волны типов .

Основной тип волны

Волна первого высшего типа

Диапазон длин волн, в котором по круговому волноводу могут распространяться волны двух типов :

Где есть для поля второго высшего типа .

Можно использовать волноводы с круглым поперечным сечением, однако их применение имеет ряд недостатков. Главный из них- непредсказуемость расположения плоскостей E- и H-полей. Поскольку круглая конструкция симметрична, предотвратить свертывание волнового поля невозможно. Волна может начать распространение под определенным углом к линиям поля E, а несколькими сантиметрами далее по длине волновода может завернуться вокруг какой-либо частицы.

Основное назначение – применение в качестве элементов в различных устройствах СВЧ, например, во «вращающихся узлах волноводных трактов»

Направляющими системами называются устройства, ограничивающие область распространения ЭМВ и направляющие основной поток энергии поля в заданном направлении. Направляющими системами являются все линии передачи электромагнитной энергии, поскольку процесс передачи есть распространение волны.

Направляющие системы могут существовать и в природных условиях, например, ЭМВ над земной поверхностью, волны в сферических слоях атмосферы Земли. В технике связи для канализации ЭМВ применяют специальные элементы в виде металлических или диэлектрических проводников либо поверхностей различных геометрических форм, которые образуют направляющую систему. Направляющие системы служат для передачи энергии ЭМВ, поэтому их еще называют линиями передачи или волноводами.

По структуре поля ЭМВ в направляющих системах делят на поперечные и продольные. Наличие или отсутствие продольных составляющих векторов и (или) является признаком, по которому классифицируют направляемые волны в направляющих системах.