Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 [189] 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233

ность по размерам, когда требуется работа в диапазоне частот.

Другим устройством является ослабитель с расщепленной линией, показанный на рис. 20-28, д. В этом случае мощность делится между двумя концентрическими линиями и поглощается во внешней коаксиальной линии специальным материалом, имеющим активное сопротивление. Возможно также применение других дополнительных вариантов устройств данного типа. Например, ослабитель со стеклянным стержнем может быть сделан переменным путем передвижения секции внутреннего проводника коаксиальной линии по проводящему покрытию стеклянного стержня. Ограничением для ослабителей и поглощающих нагрузок, которое необходимо учитывать, является часто очень малая величина предельного значения по мощности для поглощающих материалов.

20-5. ВОЛНОВОДНЫЕ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ

Волноводы обычно являются наиболее желательным видом линий передач для применения на длинах волн короче, чем примерно 10 см. На более длинных волнах размеры волновода становятся довольно громоздкими. На волнах короче, чем 1 см, малые размеры волновода также становятся практически неудобными.

В основном достоинствами волноводов по сравнению с коаксиальными линиями сравнимых размеров являются их большая предельная мощность передачи и меньшее затухание. Совместно с волноводными линиями передач было разработано большое количество элементов волноводных цепей и специальных устройств, которые позволяют на сантиметровых волнах иметь большинство таких же элементов цепей, какие применяются на более низких частотах.

Хотя такие понятия низкочастотных цепей, как напряжение и ток, обычно заменяются понятиями электрического и магнитного полей при рассмотрении волноводов, такие величины, как коэффициент отражения, коэффициент распространения, стоячие волны н т. п., также применимы и к волиоводным линиям передач.

20-5а. Типы волн в волноводах. Типы волн в волноводных линиях передачи определяют распределение электрического и магнитного полей. Различные волны обозначаются символами TEmn и TMmn. Обозначение ТЕ указывает, что электрическое поле в любом месте имеет поперечное направление по отношению к оси линии передачи. Обозначение ТМ указывает, что магнитное поле поперечно оси линии передачи. Необходимо помнить также, что электрические и магнитные поля всегда ортогональны.

Для прямоугольного волновода индекс т. обозначает число максимумов электрического поля вдоль широкой стеики, нли размера а, как показано на рис. 20-29. Индекс п обозначает число максимумов электрического поля вдоль узкой стенки, или размера в. На рис. 20-29, а показано распределение поля для основного типа ТЕ10 волн; это тип волны с наибольшей критической длиной волны. Эти обозначения индексов для прямоугольного волновода применимы как для волн типа ТЕ, так и для волн типа ТМ.

Для круглого волновода обозначения индексов аналогичны тем, которые применяются для коаксиальных линий. Индекс т обозначает число полных периодов изменений радиальной составляющей поля по углу. Индекс п обозначает число полупериодов изменений угловых составляющих поля в радиальном направлении.

1 !-

1 1 гт 1

\\А 11

--f-f-f !


-Электрическое /юле---магнитное ооле

Рис. 20-29. Типы волн ТЕ н ТМ в прямоугольном волноводе.

Эти обозначения индексов применимы как для волн типа ТЕ, так н для волн типа ТМ. Это иллюстрируется на рис. 20-30. На рис. 20-30 показаны распределения полей для нескольких различных типов волн высшего порядка в круглом и прямоугольном волноводах. Для удобства приводятся также значения критической длины волны.

Общее выражение для критической длины волны Хкр прямоугольного и круглого волноводов определяется формулами (20-106) и (20-107) соответственно:

(20-106)

где т, п - индексы типа волн; awb - размеры поперечного сечения прямоугольного волновода (см. рис. 20-29);

Хкр = АГД

(20-107)

где D - диаметр круглого волновода. Значения KD даны в табл. 20-1.

На длинах волн, больших, чем критическая длина волны для каждого типа волн,соответствующий тип волны будет быстро затухать. Затуха-






ТЕ 11 {Оснобная баяна)


V 3.832


Эмектрцчес/гое

поле

Магнитное лол&

с - Онружность Hpt/глого болнобода

кр 3,832

Рис 20-30. Типы волн ТЕ и ТМ в круглом волноводе. Критические длины волн в круглом волноводе

Таблица 20-1

2 1 1 0

9,82£>

1,7£>

1,03£>

0,6 ID

0,82£>

1,3D

0.45D

0,59£>

0.47D

0,38£>

0,45D

0.57D

нне ниже отсечки для прямоугольного и круглого волноводов определяется формулами:

[децибел на -г-) единицу длины] Л (20-108)

"кр-

1,69

2к у

-,.04" [децибел на единицу длины для Лкр л > лкр1-

Нормально волновод не работает вблизи отсечки.

Групповаяскоростьиги фазовая скорость Цф являются быстроменяющимися функциями частоты для этого диапазона частот, как показано на рис. 20-31. Аналитические соотношения для кривых, приведенных на рис. 20-31, следующие:

(20-109)

где с - скорость света в неограниченной среде; /ко - критическая частота. В общем случае длина волны в волноводе больше, чем длина волны в свободном пространстве. Зависимость длины волны в волноводе Хв от критической длины волны Хкр дается формулей

Х„=-----, (20-116)

где гг - диэлектрическая проницаемость среды по отношению к воздуху; X - длина волны в свободном пространстве.

20-56. Затухание. Затухание в волноводных системах, которое определяется потерями в проводниках, зависит от распределения тока по стенкам волновода, и поэтому оно различно для каждого из типов волн.



В общем случае затухание уменьшается от очень большого значения на частотах ниже критической до некоторого минимума на частотах, в несколько раз превышающих критическую. Для частот, значительно превышающих критическую частоту, затухание увеличивается


Рис. 20-31. 1рупповая и фазовая скорости как функции отношения рабочей н критической частот.

в соответствии с увеличением частоты. Характерные значения величины затухания в прямоугольном волноводе даны в табл.20-2 совместно с другими данными, относящимися к волноводам.

Если для волновода применяются другие материалы (не медь), то значение затухания из таблицы необходимо умножить на корень квадратный из отношения удельного сопротивления данного материала к удельному сопротивлению меди.

Если волновод заполнен не воздухом, а другим диэлектрическим материалом, то затухание из-за потерь в проводниках увеличивается.

В дополнение к влиянию потерь в проводниках наличие не воздуха, а других диэлектрических материалов внутри волновода, создает дополнительное затухание, которое определяется по формуле (20-111) для волн типов ТЕ и ТМ:

a,=igZ[d6/M], (20-111)

где Хв - длина волны в диэлектрическом материале волновода; £ - угол потерь диэлектрика; Хп - длина волны в неограниченной диэлектрической среде.

Увеличение затухания нз-за потерь в диэлектрике может быть значительно большим, чем увеличение потерь в проводниках, которые вызываются наличием диэлектрика.

(20-113)

(20-114)

20-5в. Коэффициент фазы 1. Численное значение коэффициента фазы зависит от типа волны, которая распространяется, размеров линии и частоты. В следующих формулах даются зависимости коэффициента фазы от различных параметров для прямоугольного и круглого волноводов.

Для прямоугольного волновода TEmn и ТМт„

. «..=£-*(?+£). (20-ш)

Для круглого волновода с волной типа TEU 3,682\2

"сг; ;

типа TEoi

а3 /7,664\3 . :ст \ D ) типа TMoi

Ч4/?)2 (2(М15)

где с - скорость света в неограниченной среде.

Из этих формул видно, что на очень высоких частотах коэффициент фазы становится почти пропорциональным частоте. Из § 20-2г следует, что при этом групповая и фазовая скорости приближаются к скорости света. На более низких частотах, когда второй член в каждой формуле имеет большее значение, групповая и фазовая скорости отличаются существенно.

20-5г. Волновое сопротивление. Величина волнового сопротивления волноводных линий передач не может быть однозначно определена путем обычных соотношений токов, напряжений и мощностей. Это, в частности, происходит по той причине, что н токи, н напряжения не постоянны и не имеют тех распределений, которые обычно предполагаются в теории линий передач. На практике используют несколько различных определений волнового сопротивления, которые дают различные числовые значения. Общим коэффициентом в любом выражении для волнового сопротивления является Zn - волновое сопротивление свободного пространства, которое определяется формулой

(20-116)

где р-о и е0 - магнитная и диэлектрическая проницаемости свободного пространства соответственно. Zn может рассматриваться как отношение напряженностей электрического и магнитного полей.

Если система передачи имеет среду с магнитной проницаемостью по отношению к воздуху rV и диэлектрической проницаемостью по отношению к воздуху ег, то волновое сопротивление Zn для волны типа ТЕМ определяется формулой

= 377

[ом],

(20-117)

1 См. Т. Moreno, Microwave transmission design data, McGraw-Hill Book Company, Inc., New York, 1948.



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 [189] 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233



0.0065