Мощность, допустимая по электрической прочности

Электрическая прочность характеризуется отсутствием электрического пробоя внутреннего канала волновода под воздействием приложенного к нему высокочастотного поля. Обычно, волновод заполнен воздухом, на частицы которого воздействуют регулярно повторяющиеся импульсы в ограниченном количестве (импульсный режим) или непрерывно (непрерывный режим). Для достижения пробойного значения электронной плотности, необходим некоторый небольшой промежуток времени. За уровень мощности, допустимой по электрической прочности, принимается максимальная мощность, при которой гарантируется отсутствие СВЧ пробоя.

Для оптического пробоя можно представить два механизма пробоя газа под действием интенсивного светового излучения. Первый (общий с СВЧ пробоем). В области действия поля по разным причинам появились первые «затравочные» электроны. В поле электрон набирает энергию. В осциллирующем поле электрон колеблется, но в среднем при каждом столкновении с атомом кинетическая энергия его колебаний также переходит в энергию хаотического движения, так что скорость этого движения нарастает. Именно такое, классическое, представление о процессе соответствует ситуации в СВЧ поле. На «квантовом» языке электрон приобретает энергию, поглощая фотоны при столкновении с атомами газа. Результат «классического» и «квантового» способов ускорений одинаков. Накопив энергию, достаточную для ионизации атомов и молекул, электрон вырывает другой электрон, затрачивая на это набранную энергию. Появляются два медленных электрона, которые повторяют тот же цикл, потом четыре и т.д. Так развивается электронная лавина и происходит размножение электронов. Протекает этот процесс очень быстро: за c ионизируется заметным образом и электрический ток вырастает на несколько порядков.

Металлодиэлектрические волноводы обладают высокой электрической прочностью при работе СВЧ генераторов как в импульсном, так и в непрерывном режимах. В конструкциях волноводов, обеспечивающих малое затухание СВЧ энергии, пробой внутреннего канала наступает при чрезвычайно высоких СВЧ мощностях (10^6 w и более). При одинаковых размерах внутреннего канала в DLW и SCW – значения пробойного напряжения одинаковы.

Так, например, в непрерывном режиме работы СВЧ генератора для волны H в прямоугольном метало-диэлектрическом волноводе, с учетом наличия стоячей волны, мощность, допустимая по электрической прочности для волновода сечением 55,70×27,85 мм, составит (в отличие от импульсного, в котором напряжение пробоя выше).

Для прямоугольного металло-диэлектрического волновода сечением 55,70×27,85 мм на частоте 100ГГц мощность, допустимая по тепловому ограничению: 110kW. Удвоение наружной поверхности волновода путём оребрения позволит увеличить , а соответственно и максимальную рабочую мощность до 500kW.

Что касается круглого метало-диэлектрического волновода диаметром 44,45 мм на частоте 100 ГГц - мощность, допустимая по электрической прочности существенно превышает мощность, допустимую по тепловому ограничению: . Удвоение наружной поверхности волновода путём оребрения позволит увеличить мощность, допустимую по электрической прочности, а, следовательно, и максимальную рабочую мощность до 200kW.

Максимальная эксплуатационная мощность определяется мощностью, допустимой по тепловому ограничению. При внимательном выборе варианта волновода и рабочего диапазона по DLW можно передавать СВЧ мощность в единицы мегаватт.

Дата добавления: 2015-07-15