Downloads / ЭСВЧ / ЭСВЧ / все (1) / все / двухсторонние

9.1. Воз­бу­ж­де­ние волн в вол­но­во­дах.

Ус­ло­вие воз­бу­ж­де­ния за­да­ёт­ся ГУ на эл. воз­бу­ж­де­ние. Есть не­сколь­ко спо­со­бов вве­де­ния энер­гии в вол­но­вод и её сня­тие. Эле­мен­ты пред­на­зна­чен­ные для вво­да или её вы­во­да на­зы­ва­ют­ся эле­мен­та­ми свя­зи: пет­ля свя­зи, ме­тал­ли­че­ский штырь, щель. Р\м элек­три­че­ский виб­ра­тор – ме­тал­ли­че­ский штырь, тор­ча­щий из вол­но­во­да. Пусть мы сни­ма­ем энер­гию с вол­но­во­да, т.е. вол­на уже су­ще­ст­ву­ет.

Штырь дол­жен быть || се­че­нию, а рас­по­ло­же­ние его долж­но быть в мес­те max Е. Р\м слу­чай, ко­гда штырь ис­пус­ка­ет вол­ны иду­щие в двух на­прав­ле­ни­ях. 1) пря­мая и 2) об­рат­ная. Что­бы из­бе­жать 2-ой нуж­но на рас­стоя­нии l от ис­точ­ни­ка, по­ста­вить за­ко­рот­ку. l долж­но быть та­ким, что­бы от­ра­жён­ная от неё вол­на при­хо­ди­ла в точ­ку воз­бу­ж­де­ния син­фаз­но.

9.2. ­бу­ж­дать по­ле в ок­ру­жаю­щем про­стран­ст­ве. Ес­ли вол­на па­да­ет из­вне на та­кую щель, то она воз­бу­ж­да­ет в вол­но­во­де по­ле. Этот тип эк­ви­ва­лен­тен рам­ке и ме­тал­ли­че­ско­му шты­рю. Дл. вол­ны долж­на быть >> раз­ме­ров ще­ли. При про­хо­ж­де­ния по­ля в щель, ка­са­тель­ная Е  0, т.е. че­рез от­вер­стие про­хо­дит нор­маль­ная со­став­ляю­щая элек­три­че­ско­го по­ля и ка­са­тель­ная маг­нит­но­го по­ля. От­вер­стие в вол­но­во­де эк­ви­ва­лент­но рам­ке с то­ком. Та­кие от­вер­стия со­еди­ня­ют 2 вол­но­во­да. Ес­ли в вол­но­во­де есть один из этих из­лу­ча­те­лей, то по тео­рии вза­им­но­сти ус­ло­вие из­лу­че­ния или вы­во­да энер­гии вол­ны бу­дут од­ни и те же. По­это­му мож­но рас­смат­ри­вать толь­ко для вы­во­да энер­гии рас­смат­ри­вае­мой вол­ны. Ес­ли счи­тать, что эле­мен­ты свя­зи очень ма­лы, то мож­но по­ло­жить, что струк­ту­ра по­ля из­ме­ня­ет­ся вбли­зи эле­мен­та свя­зи и не ис­ка­жа­ет по­ле вда­ли от не­го. Ес­ли рас­смат­ри­вать щель, то мож­но её рас­по­ло­жить так, пе­ре­ре­зать ли­нии то­ка.

9.3. Ре­ше­ни­ем этой про­бле­мы явл-ся эл­леп­ти­че­ский вол­но­вод. Для круг­лых вол­но­во­дов: Опыт по­ка­зы­ва­ет, что при де­фор­ма­ции круг­ло­го вол­но­во­да в эл­леп­ти­че­ский, струк­ту­ра по­ля поч­ти не из­ме­ня­ет­ся. Но в эл­леп­ти­че­ском вол­но­во­де ос­нов­ной ком­по­нен­той H11 явл-ся cos. При этом вдоль боль­шей оси эл­лип­са, на­прав­ле­на cos-ая ком­по­нен­та, а sin вдоль мень­шей оси. С уве­ли­че­ни­ем экс­цен­три­си­те­та эл­лип­са: Воз­бу­ж­да­ем так, что­бы: Эл­леп­ти­че­ский вол­но­вод до­пус­ка­ет боль­шую мощ­ность, чем у ко­ак­си­аль­но­го.

10.1. Передача энергии по регулярным волноводамЛи­ния долж­на вно­сить min за­ту­ха­ния. Долж­на про­пус­кать без про­боя max мощ­но­сти. Ли­ния не долж­на ис­ка­жать ам­пли­ту­ду и фа­зу сиг­на­ла. При кон­ст­руи­ро­ва­нии де­ла­ют так, что­бы вся энер­гия пе­ре­но­си­лась од­ним ти­пом вол­ны. Про­ще это сде­лать ес­ли в дан­ном вол­но­во­де мо­жет рас­про­стра­нять­ся толь­ко нуж­ный тип вол­ны. Для это­го де­ла­ют раз­ме­ры вол­но­во­да так, что­бы дли­на вол­ны бы­ла мень­ше тре­буе­мо­го ти­па вол­ны и боль­ше сле­дую­ще­го ти­па: .

Тогда для пря­мо­уголь­но­го вол­но­во­да:

от 100МГц до 400ГГц. Ес­ли учесть элек­три­че­скую проч­ность воз­ду­ха, то пре­дель­ная мощ­ность ~110МВт. (ре­аль­но 30МВт) В ДМВ мож­но пе­ре­дать дос­та­точ­но мощ­ный сиг­нал. Для =7см Р~40кВт.

10.2. Для из­го­тов­ле­ния вол­но­во­да при­ме­ня­ет­ся ма­те­риа­лы с ма­лым со­про­тив­ле­ни­ем. За­ту­ха­ние рас­тёт при при­бли­же­нии час­то­ты к кри­ти­че­ской. Да­же ес­ли мы не дош­ли до кри­ти­че­ской час­то­ты, за­ту­ха­ние всё рав­но есть из за то­го, что есть скин-эф­фект и => рас­тёт ак­тив­ное со­про­тив­ле­ние

2.61a<λ<3.41a ξ=1.3

Для за­ту­ха­ния в круг­лых вол­но­во­дах: . Для Н по­ля: . Для круг­ло­го вол­но­во­да:

10.3. Ус­ло­вие од­но­вол­но­во­сти для ко­ак­си­аль­ных ли­ний: по­те­ри в про­вод­ни­ках: . Мак­си­мум по­терь в цен­траль­ной жи­ле. При <10 см за­ту­ха­ние очень ве­ли­ко. Есть оп­ти­маль­ное со­от­но­ше­ние ра­диу­сов a и b, для ко­то­ро­го  оп­ти­маль­ное.

Р\м ди­элек­три­че­ский вол­но­вод – от­кры­тая ли­ния пе­ре­да­чи с ци­лин­д­ри­че­ской сим­мет­ри­ей, ра­диу­са a про­ни­цае­мо­стью a1, ко­то­рый ок­ру­жён бес­ко­неч­ным ди­элек­три­ком с a2.

На гра­ни­це ди­элек­три­ка со­хра­ня­ет­ся тан­ген­ци­аль­ная ком­по­нен­та Е и Н (z-е и -е ком­по­нен­ты).

11.1. Длинные линии, уравнения поля,характиристики. Уз­лы СВЧ с це­лью удоб­ст­ва сбор­ки и ре­мон­та де­ла­ют­ся раз­бор­ны­ми  появл. нерегулярности, а  неоднородность системы, что явл-ся ис­точ­ни­ком выс­ше­го ти­па волн. СВЧ тракт про­ек­ти­ру­ют так, что­бы рас­про­стра­нял­ся основ­ной тип волн. В та­кой по­ста­нов­ке за­да­чи мож­но за­ме­нить не­од­но­род­ный вол­но­вод 2-ух про­вод­ной ли­ни­ей, а не­од­но­род­но­сти за­ме­нить эк­ви­ва­лент­ны­ми схе­ма­ми из L,C,R. Р\м длин­ные ли­нии. Од­ним из при­ме­ров: ко­ак­си­аль­ный вол­но­вод. Для од­ной мо­ды для ко­ак­си­аль­но­го вол­но­во­да есть ис­точ­ник по­пе­реч­ной Т-вол­ны, рас­про­стра­няю­щий­ся вдоль z. На дру­гой сто­ро­не есть на­груз­ка, ко­то­рая по­гло­ща­ет часть энер­гии вол­ны, а часть от­ра­жа­ет. Сум­мар­ная вол­на есть сум­ма бе­гу­щей и от­ра­жён­ной вол­ны. Т.к. Т-вол­на по­пе­реч­ная, то: (3.1)

В данной линии эл-ое поле явл-ся потенциальным  можно ввести напр-е и ток зависящие от z.

11.2. Введём нормированые величины:

, тода

.

P(z) – часто измеряют эксперементально через напряжение :

_{,с другой стороны отношение амплитуды в узле к аплитуде в пучности наз-ся коэф-м бегущей волны. обратная величина КБВ- коэф-т стоячей волны.}

11.3. _{коэффициент отражения =0. нагрузка, сопротивление кторорй равна волновому сопротивлению не отражает, а поглощает всю волну. для согласованной линии волновое сопротивление постоянно, а коэффициент бегущей и стоячей волны волны =1. нагрузка будет поглощать отраженную волну. в лини существует смешенный режим.}

_{все это справедливо для Т влны.}

12.1.квивалентность между волноводом и длиной линией.

(3.23)

Можно ввести скалярные величины которые пропорциональны слагаемым и не зависят от направления u и v. Необходимо ввести ток и напряжение таким образом, чтобы конечная мощность выражалась по формуле длинной линии. (3.24) Введем условные напряжения и ток. (3.25) возьмем (3.25) и подставим в (1.29)

12.2. получим полное поле

;

12.3. ;

Можно построить эквивалент, который образует вблизи нерегулярности ; Zo –число комплексное. Эквивалентная длинная линия строится для определенного поля.

16.1Собственные олебания цилиндрического резонатора

Падающая и отраженная волна в таком волноводе будут одинакового типа. Для идеально проводящей стенки . Для электрического поля:

.

. Для магнитного поля:

16.2каждый резонатор обладает дискретным набором длин волн. Мода бегущей волны , мода стоячей волны . . При р=0, в резонаторе может ущ мода Еmn0. собственная частота не зависит от длины резонатора l. Для прямоугольного резонатора . Если есть потери

17.1 онатор. В сечение 22 :, тогда . Где . Тогда

17.2 Если , пологая что при f=0 : . Эквивалентную схему можно представить как параллельное соединение индуктивности и емкости.

18 Замедляющие системы. В отличие от регулярных линий, в замедляющих системах скорость меньше скорости света. Такие системы близки к резонаторам линиям передач с экранирующей поверхностью. На практике используются линии передач со сложными конфигурациями ( системы каксиальных линий ы внутренним проводом в виде спирали). Если а радиус спирали, то (4.16) . В решении уравнения (2.2) вместо периодических функций будут присутствовать гиперболические. Если глубина пазов < λ/4, то то такие штыри являются индуктивными.

Рас­чё­ты по­ка­зы­ва­ют, что для Н01 по­те­ри на ос­нов­ной мо­де < чем для Н11 Ес­ли взять В вол­но­во­де рас­про­стра­ня­ет­ся до сот­ни волн  ма­лей­шая вы­бои­на при­ве­дёт к ис­ка­же­нию по­ля и ге­не­ра­ции дру­гих ти­пов волн. Для ис­клю­че­ния та­ких эф­фек­тов, по­верх­ность вол­но­во­да по­кры­ва­ют ди­элек­три­ком, что при­во­дит к за­ту­ха­нию всех волн кро­ме Н01 (т.к. они сим­мет­рич­ны). Вол­на Н01 мо­жет нор­маль­но рас­про­стра­нять­ся в струк­ту­ре из че­ре­дую­щих­ся про­во­дя­щих и ди­элек­три­че­ских ко­лец. Ко­ак­си­аль­ная ли­ния – для неё низ­ший тип Т-вол­на, пер­вый выс­ший тип Н11

Для Е вол­ны в пря­мо­уголь­ном вол­но­во­де по ф-ле

мож­но рас­счи­тать за­ту­ха­ние: , где Для МП:

Ес­ли есть щель, то есть ди­элек­трик => есть сме­ще­ние Счи­та­ем, что щель не ис­ка­жа­ет век­тор . Ска­п­ли­ваю­щие­ся за­ря­ды воз­бу­ж­да­ют и => воз­ни­ка­ет век­тор Пой­тин­га . Что­бы , нуж­но что­бы бы­ло max и , т.е. нуж­но рас­по­ло­жить щель в мес­те, где по­верх­но­ст­ные то­ки max. Зная струк­ту­ру по­ля тре­буе­мо­го ти­па, мож­но оп­ре­де­лить по­ло­же­ние эле­мен­тов свя­зи для обес­пе­че­ния max .

Для круг­ло­го вол­но­во­да и => ко­ак­си­аль­но­го, мож­но ут­вер­ждать, что Emn и Нmn вы­ро­ж­де­ны по ра­ди­аль­но­му уг­лу, ис­клю­че­ния для m=0. Вы­ро­ж­де­ние волн по уг­лу для , Emn и Нmn при­во­дят к их не­ус­той­чи­во­сти, к по­ля­ри­за­ции, т.е. воз­мо­жен про­из­воль­ный по­во­рот струк­ту­ры по­ля, что силь­но за­труд­нит рас­чёт эле­мен­тов свя­зи.

(1) Р\м пет­лю свя­зи. Раз­ме­ры рам­ки (пет­ли) долж­ны быть мень­ше дли­ны вол­ны. В си­лу это­го мож­но при­ме­нять за­ко­ны Кирх­го­фа.

Рам­ка долж­на быть по­ме­ще­на в ме­сто с max по­лем и так, что­бы век­тор маг­нит­но­го по­ля был нор­маль­но на­прав­лен к рам­ке. Ес­ли мы хо­тим на­пра­вить всю энер­гию в од­ну сто­ро­ну, то нуж­но по­ста­вить за­ко­рот­ку на l от рам­ки. l оп­ре­де­ля­ет­ся… от то­го, ка­кую со­став­ляю­щую мы воз­бу­ж­да­ем. Ес­ли воз­бу­ж­да­ет­ся по­пе­реч­ное се­че­ние, то из­лу­чае­мые в раз­ные сто­ро­ны вол­ны на­хо­дят­ся в про­ти­во­фа­зе и для это­го слу­чая: l = 0 или , а ес­ли воз­бу­ж­да­ет­ся про­доль­ная со­став­ляю­щая, то вы­пол­ня­ет­ся (1). Р\м щель. Ес­ли про­ре­зать в стен­ке от­вер­стие, то часть си­ло­вых ли­ний Е и Н бу­дет про­ни­кать че­рез от­вер­стие и воз­-

тогда для скалярных компонент Рассчитаем прямоугольный волновод тогда из самого уравнения (2.7) и (3.25)

;

_{в результате приведенное сопротивление}

Если не интерисоваться структурой поля, то можно воспользоваться теорией линей. Коэфф-т отражения по напряжению:

, р₀ – характеризует нагрузку. Тогда:

, учтя I(z) 

(1)

Ре­ша­ет­ся раз­де­ле­ни­ем пе­ре­мен­ных. Ре­ше­ние с ГУ имеет ви­д:

Что­бы вол­на шла вдоль z, Е долж­на быть на ∞ бы­ст­рее чем Н. Мощ­. Д.Б. со­сре­до­то­че­на вбли­зи вол­но­во­да. Долж­но вы­пол­нять­ся (1) при лю­бых τ и φ => и , но могут различатся . Од­но­про­вод­ная ли­ния пе­ре­да­чи:

Низ­ший тип волн Е01 с 0-ой кри­ти­че­ской час­то­той.

то тогда функция ослабления : ,. Тогда отсюда следует что на некоторой частоте f0 , ., ,то пусть выполняется условие ,то А=1, т. е. вся поступившая на вход мощность пройдет на выход. .

.,здесь Rs-сопротивление стенок. Для круглого резонатора . Где -корень функции Бесселя. В круглом резонаторе нормальные колебания и всегда вырождены. Одно из применений таких резонаторов – волномеры. Изменяя длину резонатора с помощью перемещающегося поршня-стенки можно определить длину волны. Коаксиальный резонатор. . У такого рез-ра Q =тысяч, его использовать в качестве фильтра и дальномера.

,. Тогда

Если поставить две стенки, то получится объемный резонатор.

;- означает отсутствие связи в регулярном волноводе.

Функции напряжений и токов для прямоугольного волновода эквивалентны длинной линии. Коэффициент отражения по электрическому полю может быть выражен по напряжению

Можно построить эквивалентную линию реально измеряется коэффициент отражения, а не сами токи и напряжения. Если с=1 тогда (3.30) становится более симметричнее.