Общее описание свч линий передачи

Основной задачей линии передачи является распространение электромагнитных волн вдоль этой самой линии передачи, передача мощности по ним. Притом в большинстве случаев для прибора выгодно если электромагнитные волны не затухают и не искажаются.

Линии передачи в СВЧ технике выполняются в виде волноводов и открытых линий передачи. В открытых линиях передачи (многопроводные и полосковые линии, линии с поверхностной волной и др.) поперечное сечение не имеет замкнутого проводящего контура, охватывающего область распространения электромагнитной энергии. Напротив, в волноводах обязательно имеется одна или несколько проводящих поверхностей, полностью охватывающих область распространения электромагнитных колебаний.

Первым делом стоит напомнить, что мы имеем дело с электромагнитными волнами. Эти волны описываются уравнениями Максвелла и к ним применимы все свойства волн. Будем считать, что мы уже знаем, что такое длина волны, фаза, сдвиг фаз, амплитуда и т. д.

Тип волны, структура электромагнитного поля и критическая чистота определяются их указанных размеров поперечного сечения путем решения граничных задач электродинамики.

Согласование линий передачи.

Далее следует привести объяснения эффектов, характерных для линий передачи. Начнем с согласования линий передачи. Допустим, что от какого-то источника по волноводу у нас уже распространяется электромагнитная волна. Не будем вдаваться во всю теорию распространения электромагнитных волн, здесь и далее выделим лишь важные для понимания конкретного процесса теоретические выкладки. Пусть эта волна распространяется перпендикулярно границе раздела двух сред. Ось z системы координат расположим вдоль направления распространения.

Предположим, что при падении волны на границу раздела она частично проходит во вторую среду, а частично отражается. Поэтому электромагнитное поле в первой среде можно представить как суперпозицию падающей и отраженных волн. Однако же, если отраженная волна отсутствует и, тем самым, падающая волна полностью переходит во вторую среду без потерь и преломлений, то среды называются согласованными.

В линиях передачи границы раздела сред математически определяются разрывами в функциях E (силы тока), H (напряженность магнитного поля), D (электрическая индукция), B (силы Лоренца) уравнений Максвелла. Сами уравнения Максвелла в таком случае неприменимы для отыскания поля на границе. Частным примером границ раздела сред в СВЧ волноводах могут быть повороты волновода в местах соединения, «закрученности» (рис. 2), разветвления и так далее, называемые неоднородностями. По названию «Направленный ответвитель» уже становится понятно, что в нем имеются неоднородности, которые компенсируется и согласуется в одном из его плеч.

Рис 2. Прямоугольный закрученный волновод

Согласованная нагрузка.

Согласованная нагрузка предназначена для поглощения мощности, передаваемой по линии передачи. Аналогично согласованной линии передачи, в ней отсутствует отраженная волна и вся энергия электромагнитного поля рассевается в виде тепла. Рассмотрим согласованные нагрузки на примере волноводных прямоугольных линий передачи. Волноводные согласованные нагрузки выполняют в виде поглощающих вставок переменного профиля в отрезке короткозамкнутого волновода. В маломощных нагрузках вставки имеют вид тонких диэлектрических пластин, покрытых графитовыми или металлическими пленками (рис. 3а). Объемные поглощающие вставки с большой мощностью рассеяния (рис.3 в-г) выполняют из композитных материалов на основе порошков графита, карбонильного железа или карбида кремния. Для уменьшения отражения им придают вид кельев или пирамид.

Рисунок 3. Согласованная нагрузка в прямоугольном волноводе.

Матрицы рассеяния.

Несмотря на то, что в данный реферат пытается по максимум избегать математических выкладок, нужно хотя бы знать, с чего нужно начать расчет реального прибора, если такая потребность возникнет.

В теории можно провести расчет необходимых параметров по формулам Максевелла, на практике же не нужно описывать все свойства волн в линиях связи и достаточно найти определенные, интересующие заказчика параметры. Для одного из таких расчетов применяется волновая матрица.

Если известны амплитуды волн, отраженных от многополюсника и известны амплитуды падающих волн, то можно составить матричное уравнение ^-=S ⁺, где

- N-мерные векторы-столбцы нормированных амплитуд напряжения отраженных и падающих волн,

- квадратная матрица порядка N, называемая матрицей рассеяния. Она полностью описывает свойства многополюсника на данной частоте возбуждения, так как позволяет найти распределение (рассеяние) энергии между его плечами при произвольном возбуждении. Возбуждение в плечах задается выбором коэффициентов s₁₁, s₁₂, и так далее