Слаботочка Книги

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

Изготовление таких волноводов связано с большими трудностями. Чтобы потери в волноводе были минимальными, диаметр волновода выбирают в 25- 50 мм, т. е. значительно большим, чем этого требует критическая длина волны типа Яо1. Тогда наряду с волной Hqi в волноводе может возникнуть много других типов волн. Вероятность появления паразитных волн возрастает по мере отклонения формы волновода от идеального цилиндра. Всякая неоднородность волноводной линии порождает паразитные волны. Особенно значительная неоднородность может наблюдаться на стыке отдельных секций волновода, в местах изгибов с малым радиусом кривизны, при различных деформациях линии и т. д. Поэтому к таким волноводам предъявляются весьма жесткие требования в отношении точности изготовления.

Для улучшения фильтрации паразитных волн в последнее время стали применять круглые волноводы с диэлектрической поглоиаюией пленкой, а также спиральные. Фильтрация при помощи диэлектрической пленки, нанесенной на внутреннюю поверхность круглого волновода, основана на том, что эта пленка не вносит затухания в волну Н, так как электрическое поле волны не имеет продольной составляющей, а другие волны, имеющие продольную составляющую электрического поля, интенсивно поглощаются пленкой.

Спиральные волноводы представляют собой цилиндрическую спираль из медного провода, помещенную в кожух, изготовленный из диэлектрика. Волны в спиральных волноводах фильтруются следующим образом. Продольный ток в паразитных волнах прерывается витками спирали, в связи с чем эти волны проникают в диэлектрический кожух и поглощаются им, тогда как волна Hq благодаря своей структуре вызывает в волноводе только поперечные токи, которые передаются с малыми потерями.

100. Диэлектрические волноводы

Диэлектрические волноводы - это диэлектрические стержни или трубы круглого или прямоугольного сечения, в которых возбуждаются электромагнитные волны.

Принципиальная возможность распространения электромагнитных волн по диэлектрическому стержню следует из аналогии между ним и металлическим волноводом такой же формы. Аналогия заключается в том, что в диэлектрическом стержне имеется граничная поверхность диэлектрик-воздух, на которой условия распространения резко изменяются. На этой поверхности волны отражаются и преломляются (рис. 14.19, а), причем отраженные волны распространяются внутри стержня, а преломленные - в воздухе.

Наличие волн не только внутри, но и вне стержня влияет на структуру электромагнитного поля. В диэлектрических волноводах обычно используются смешанные волны типа НЕц (см. рис. 14.19, б). Они отличаются от волн Яц тем, что наряду с продольной составляющей магнитного поля содержат продольную составляющую электрического поля.

Если диаметр стержня d значительно меньше длины волны в свободном пространстве Я, то электромагнитные волны в основном распространяются в воздухе и их фазовая скорость близка к скорости света с - JL. При этом волны по структуре электриче-

ского и магнитного полей похожи на поперечно-электричеркие Яц, и так как потери энергии в воздухе несоизмеримо меньше, чем в диэлектрике, то затухание волн получается минимальным. По мере увеличения d по сравнению с Х электромагнитные поля все более концентрируются в стержне и условия распространения волн все более приближаются к условиям распространения в неограниченной среде с диэлектрической проницаемостью е. Это значит, что

Рис. 14.19. Распределение электромагнитных

волн в диэлектрическом стержне: а-отражение и преломление вслн; б-распределение электрического и магнитного полей.

затухание волн возрастает, а фазовая скорость уменьшается до v= l/j/Ea Ро, соответственно длина волны в волноводе уменьшается от А, до А<в = Х/Уа/Ч

при возбуждении и приеме волны, передаваемые по диэлектрическому волноводу, распространяются как внутри стержня, так и вокруг него. На рис. 14.20, а показана схема возбуждения и приема волн при использовании диэлектрического волновода.

Диэлектрический стержень / вставляют в металлические волноводы 2, 5, которые кончаются рупорами 5, 4. В волноводе 2 распространяется волна Яц, которая в стержне 1 переходит в волну НЕц из-за сходства структуры этих полей. На приемном конце происходят обратные преобразования. Размеры передающего 3 и приемного 4 рупоров выбирают с учетом концентрации электромагнитной энергии в радиальном направлении.

Диэлектрические волноводы имеют преимущество перед металлическими в том, что не требуют высокой точности изготовления и для миллиметровых воли создают меньшее затухание. На сантиметровых волнах применение диэлектрических волноводов нецелесообразно; они не дают выигрыша в затухании; за счет воздушной среды, участвующей в передаче, радиус диэлектрических волноводов имеет большую величину; крепление диэлектрического стержня связано с трудностями.

Рис, 14.20. Линии передачи:

а-диэлектрический стержень; б-зеркальная линия; в~однопровод-ная линия.

Зеркальные линии. Из-за симметрии электромагнитных полей волны НЕц относительно диаметральной плоскости круглого диэлектрического стержня такую волну можно передавать по зеркальной линии (рис. 14.20, б). Последняя представляет собой полукруглый стержень У, плоская часть которого прилегает к металлическому листу 2. Этот лист служит экраном и вместе с тем опорой для стержня. Тот же экран почти полностью исключает излучение волн на участках поворота линии. В тщательно изготовленных зеркальных линиях миллиметровых волн потери могут быть даже меньше, чем в металлических волноводах сантиметрового диапазона,

Однопроводные линии. Одиночный провод идеальной проводимости не может служить линией передачи: в идеальном проводнике, как известно, электромагнитные вОлны распространяться не могут. Если же провод, обладающий конечной проводимостью, поместить внутри излучающего рупора 2, как показано на рис. 14.20, в, то в нем можно возбудить электромагнитные волны;

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