![]() Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
![]() Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
![]() |
Розділ 9. Хвилеводи
9.1. КЛАСИФІКАЦІЯ НАПРАВЛЕНИХ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ХВИЛЬ ТА НАПРЯМНИХ СИСТЕМ
У розд. 8 розглянуто довгі лінії, що нині широко застосовуються. Енергія передається ними за двопроводовою схемою з використанням прямого та зворотного проводів. Параметри лінії та умови передавання енергії визначено за законами Ома та Кірхгофа на основі електричної схеми заміщення. Передавання енергії довгою лінією можна розглядати також як поширення електромагнітних хвиль напрямними системами, якими крім двопроводових ліній можуть бути металеві, діелектричні та напівпровідникові поверхні, трубки, стрижні тощо. Електромагнітні хвилі в напрямних системах рухаються вздовж граничних поверхонь, що виконують функції своєрідних "електромагнітних рейок". Направлені хвилі, подібно до плоскої електромагнітної хвилі, поширюються тільки в якомусь певному напрямку. Вони поділяються на поперечні, електричні, магнітні та змішані. Назва визначається орієнтацією векторів напруженостей електричного Поперечними, або хвилями типу Електричними, або хвилями типу Магнітними, або хвилями типу Змішаними, або гібридними типу НЕ або ЕН, називаються хвилі, в яких вектори Пояснимо ці означення. Нехай у деякій напрямній системі енергія поширюється вздовж осі Усі напрямні системи поділяються на два широких класи: відкритого та закритого типів. У лініях передачі відкритого типу енергія хвилі розподілена в усьому навколишньому просторі. Конструкції ліній цього типу виконують так, щоб більша частина енергії електромагнітного поля була зосереджена безпосередньо біля лінії. Типовим прикладом ліній відкритого типу є симетричні кабелі. Проте у відкритих лініях на електромагнітне поле лінії впливають навколишні предмети, і в них практично завжди спостерігаються втрати на випромінювання. У лініях передачі закритого типу вся передана енергія поля зосереджена в межах об'єму, екранованого від навколишнього середовища металевою оболонкою тієї чи іншої форми. З ліній закритого типу широко використовуються коаксіальні кабелі (див. рис. 8.1, в). Лінія цього типу є двопровідниковою екранованою, а тому втрати на випромінювання в ній відсутні. Однією з причин зменшення енергії вздовж лінії є втрати на поляризацію діелектрика, який наповнює коаксіальну лінію. Зі зростанням частоти електромагнітної хвилі в коаксіальних лініях зростають втрати в діелектрику, тому вони застосовуються до частот не більше за 1-3 ГГц. Якщо ж у коаксіальній лінії вилучити внутрішній провідник, то не буде потреби в жорсткому діелектрику, що забезпечує співвісність провідника і екрана. Втрати різко зменшаться. Але струм провідності одним провідником (металевою трубкою-екраном) проходити не буде. На перший погляд, передавання електричної енергії при цьому відсутнє, а це не так. За певних умов електромагнітні хвилі можуть поширюватись і порожнистими металевими трубками різної форми поперечного перерізу, що дістали назву хвилеводів. Процес передавання енергії хвилеводами еквівалентний радіопередачі, але тут хвиля поширюється не в усі боки, а каналізується хвилеводом у заданому напрямку.
9.2. ФІЗИЧНІ ПРОЦЕСИ У ХВИЛЕВОДАХ
Режим роботи хвилеводу значно відрізняється від режиму роботи двопроводової лінії з узгодженим навантаженням. У лінії існують тільки біжучі хвилі, що поширюються від генератора до навантаження, де повністю поглинаються. У хвилеводі крім біжучої хвилі, що поширюється в напрямку осі, будуть існувати стоячі хвилі в поперечному перерізі. Ці хвилі створюються за рахунок енергії, що відгалужується від біжучої вздовж осі хвилі в металевий ізолятор.
Критична довжина хвилі. Якщо змінити робочу довжину хвилі таким чином, що розмір широкої стінки а стане меншим за
![]()
Типи хвиль у хвилеводі. Розглянута картина існування хвиль у хвилеводі не є єдиною. Нехай Наведені міркування приводять до висновку про те, що у хвилеводі можуть існувати різні типи хвиль, котрі відрізняються структурою силових ліній, їх часто називають модами хвилеводу. Для знаходження виразів, які описують вектори поля Число
Для відомого типу хвилі можна якісно побудувати картину поля в перерізах хвилеводу і без застосування формул для векторів поля 1. Визначити, силові лінії якого з векторів поля лежать тільки в поперечному перерізі, а якого - мають і поздовжню складову. Для хвилі типу 2. Для заданих значень 3. При побудові графіків поля враховувати, що силові лінії електричного поля починаються та закінчуються на провідниках і є перпендикулярні до їх поверхні, а магнітні - завжди замкнені та дотичні до поверхні провідника. Структура поля для хвилі Хвилі різних типів відрізняються не тільки структурою силових ліній. Різними в них є і критичні довжини хвилі. У загальному випадку в прямокутному хвилеводі
Тип хвилі, критична довжина якої є найбільшою з усіх можливих типів хвиль, називається основнім типом хвилі або основною хвилею (модою) даного хвилеводу. Хвилі типу
9.3. ПОШИРЕННЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ХВИЛЬ У ХВИЛЕВОДАХ
Однохвильовий режим роботи хвилеводу. Як зазначено раніше, енергія поширюється хвилеводом тільки за виконання умови (10.1). Нехай до прямокутного хвилеводу, який розглядався в прикладі 10.1, підводяться електромагнітні коливання з довжинами хвиль, що позначені на рис. 10.6 як ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Хвильовий опір хвилеводу. Відповідно до введеного визначення (7.17), відношення модулів взаємно перпендикулярних складових векторів
для хвилі типу
де
Проте електромагнітні хвилі поширюються у хвилеводі не під будь-якими кутами. Для кожного типу хвиль залежно від співвідношення розмірів хвилеводу і довжини хвилі
Це явище пояснюється тим, що при куті падіння ![]()
Швидкість поширення електромагнітних хвиль у хвилеводі. Будь-яка електромагнітна хвиля (див. §7.2) характеризується фазовою
Якщо врахувати співвідношення (10.4) та значення критичної довжини хвилі (10.2), із формули (10.5) дістанемо
Довжина хвилі
Це випливає безпосередньо з того, що якби, наприклад, за один період коливань фронт хвилі перемістився вздовж осі Групова швидкість, з якою електромагнітна енергія поширюється вздовж осі хвилеводу
Особливості фазової та групової швидкостей у хвилеводах. Із виразу (10.5) можна отримати досить цікавий висновок: у зв'язку з тим, що Поодиноку хвилю, що поширюється зигзагоподібним шляхом (через відбивання від стінок напрямної системи), прийнято називати парціальною хвилею. Ця хвиля поширюється вздовж осі З виразу (10.6) випливає, що фазова швидкість залежить від частоти (довжини хвилі) і кута падіння променя на стінку Збудження та відбір потужності з хвилеводу. Для збудження та відбору потужності з хвилеводу використовують спеціальні пристрої, такі як штир, рамка (петля) або отвір зв'язку (рис. 10.10). Вибір типу збуджуючого пристрою визначається конструктивними і технологічними особливостями хвилеводу. Основні вимоги до збуджуючих пристроїв такі: - пристрої повинні надавати необхідний тип хвилі та заважати створенню всіх інших типів хвиль; - коефіцієнт відбиття має бути мінімальним на всій робочій смузі частот; - електрична міцність повинна забезпечувати задану величину переданої потужності. Збуджуючий штир розміщують у тій частині хвилеводу, де спостерігається максимальна напруженість електричного поля необхідного типу хвилі. Наприклад, у разі передавання хвилеводом енергії хвилі Різновиди хвилеводів. Для передавання енергії у разі Хвилеводи П - і Н -подібних форм мають менші розміри порівняно з еквівалентним прямокутним хвилеводом. Поза тим, смуга частот, у межах якої спостерігається режим однохвильової передачі, у таких хвилеводах значно (в 2-6 разів) більша, ніж у прямокутному. Проте у П - і Н -подібних хвилеводів порівняно з прямокутним більші втрати та нижча електрична міцність. До того ж технологія їх виготовлення складніша, ніж у прямокутних. Тому їх застосовують в окремих випадках для передавання широкосмугових сигналів. Круглі хвилеводи з еліптичною формою перерізу забезпечують стабільність поляризації хвилі й використовуються тоді, коли хвилеводом передаються дві ортогональні хвилі.
Смужкові хвилеводи складаються з двох або трьох металевих смужок, що розділені діелектриком завтовшки кілька міліметрів. Вони прості щодо виготовлення (допускається застосування печатного монтажу), мають малі габарити, що дає змогу використовувати їх у мініатюрній радіоелектронній апаратурі.
Діелектричні хвилеводи являють собою діелектричні стрижні різної форми в поперечному перерізі, що покриті оболонкою. Електромагнітні хвилі в них поширюються завдяки повному внутрішньому відбиттю від поверхні розділу діелектрика й оболонки. Останніми роками найбільшого поширення дістали діелектричні світловодні хвилеводи, що називаються світловодами. Вони застосовуються в системах передавання електромагнітних коливань оптичного діапазону хвиль (1014 – 1015 Гц) і більш детально описані в розд. 11.
9.4. ЗАСТОСУВАННЯ ХВИЛЕВОДІВ
Хвилеводи нині широко використовуються в різних радіотехнічних пристроях як фідери, коливні системи, що називаються об'ємними резонаторами, фільтри, лінії зв'язку тощо. Фідери. На частотах вищих за 1 ГГц для передавання електромагнітної енергії від радіопередавача до антени або від антени до радіоприймача як фідер повсюдно застосовуються хвилеводи. Оскільки фідер повинен мати малі власні втрати, внутрішні стінки хвилеводу старанно шліфуються і покриваються шаром срібла, що поряд із відсутністю ізоляторів всередині хвилеводу дає можливість значно зменшити втрати порівняно з коаксіальними фідерами. Оскільки найбільше значення ККД фідера досягається в режимі біжучих хвиль, то хвилевід виготовляється з рівномірним розподілом параметрів за довжиною і узгоджується як із навантаженням, так і з внутрішнім опором джерела енергії. Хвилеводним фідером можна передавати значно більшу енергію, ніж коаксіальним тих самих розмірів. Проте необхідно враховувати наявність у хвилеводах критичної довжини хвилі.
Хвилеводні лінії зв'язку. Робота на високих частотах (десятки гігагерц), велика широкосмуговість (сотні мегагерц), мале ослаблення є умовами для використання металевих хвилеводів як ліній зв'язку в надширокосмугових багатоканальних системах. Проте були побудовані тільки експериментальні лінії, через те що економічно хвилеводні лінії невигідні. Більшого поширення набули світловодні хвилеводи. Можна навіть стверджувати – за ними майбутнє кабельного зв'язку. Об'ємні резонатори. Коливна система може бути побудована на базі хвилеводів прямокутної та круглої форм. Якщо візьмемо прямокутний хвилевід, який працює на хвилі
Зображена на рис. 10.12 структура відповідає коливанням типу Для перестроювання хвилеводних резонаторів одна з пластин хвилеводу виконується у вигляді рухомого поршня. Збудження резонаторів та відведення енергії від них здійснюється так само, як і у хвилеводах, - за допомогою штиря, рамки або отвору зв'язку. Особливістю об'ємних резонаторів є висока добротність, а отже, і висока фільтруюча здатність їх як коливних систем та стабільність резонансних частот. Значення добротності, залежно від конструкції, діапазону частот, обробки внутрішньої поверхні резонатора, коливається від кількох до сотень тисяч. Для збільшення добротності внутрішню поверхню резонатора, як правило, покривають тонким шаром срібла. Основним недоліком об'ємних резонаторів є наявність множини резонансних частот.
Date: 2016-02-19; view: 997; Нарушение авторских прав |