Мощность, допустимая по тепловому ограничению

Рассмотрим возможности отвода тепла, вызванного затуханием СВЧ энергии в волноводе. Конструктивно волновод представим в виде медной трубы с толщиной стенки 1мм, к внутренним стенкам которой примыкают слои диэлектрика. При увеличении толщины стенки, растет площадь наружной поверхности волновода и улучшается теплоотвод. Если волновод открыт, СВЧ энергия переходит в тепловую в воздушном канале, в слое диэлектрика и на внутренней поверхности волноводной трубы. Тефлон устойчив при локальном перегреве до . Коэффициент теплопроводности Коэффициент теплопередачи от наружной стенки волновода в окружающую среду составляет 10 . При температуре воздуха, окружающего волновод и температуре внутри волновода радиальный поток тепла составит 29 W/m в прямоугольном волноводе 55,70×27,85 мм и в круглом волноводе диаметром 44,45 мм. Мощность, допустимая по тепловому ограничению на f = 100 ГГц, составит для прямоугольных волноводов (при ) и (при ). Для круглого волновода эта мощность составит . При охлаждении волновода определяющим, как и в гофрированных волноводах, является тепловое сопротивление на границе наружная стенка волновода – окружающий воздух. Снизить его можно путем оребрения (увеличение площади охлаждаемой поверхности). Оребрение можно дополнить также обдувом и, наконец, использовать охлаждение водой.

В прямоугольном волноводе с диэлектриком на двух узких стенках тепловое сопротивление тефлона ограничивает поток тепла на узких стенках, которые составляют только 34% охлаждаемой поверхности. Удвоение наружной поверхности волновода путем оребрения позволит увеличить до 500 kW.

В таблице 1 представлены расчетные значения затухания в вакуумируемых волноводах (прямоугольном 55,70×27,85 мм и круглом 44,45 мм) и затухание в атмосфере (в воздухе). А также мощность , допустимая по тепловому ограничению.

Таблица 1 Затухание в волноводах и в атмосфере

Частота [ГГц]
Круглый волновод
Прямоугольный волновод
Прямоугольный волновод
Атмосфера [38,40]

Как видно из таблицы 1, в открытых волноводах не удастся реализовать малое затухание. При рассматриваемых сечениях волноводов на частотах выше 150ГГц затухание в воздухе становится сопоставимым или больше потерь в стенках волновода [15]. Поэтому, нередко прибегают к вакуумированию волновода. Но, определяющим, является затухание в мономерах и димерах водяного пара [18]. Их наличие внутри волновода можно существенно снизить, заполнив его осушенным воздухом или нейтральным газом, под небольшим избыточным давлением. Такое техническое решение может быть проще и дешевле, чем вакуумирование. Малая величина затухания в стенках волновода открывает перспективы передачи по волноводу значительных уровней СВЧ мощности.

Дата добавления: 2015-07-15