Вопрос № 1: Как передаётся энергии СВЧ по волноводу?

Ответ: В диапазоне сантиметровых волн короче 10 см заметно увеличиваются потери энергии во внутреннем проводнике и в диэлектрике коаксиального кабеля. По этой причине в сантиметровом и миллиметровом диапазонах волн передача энергии осуществляется с помощью полых металлических труб - волноводов.

Принцип передачи энергии по волноводу (рис. 1) следующий. К проводам линии СD по которой передается энергия от генератора переменного тока, с обеих сторон подключены четвертьволновые короткозамкнутые отрезки линий. Наличие этих отрезков не влияет на работу линии, так как входное сопротивление их бесконечно велико.

Число отрезков также не повлияет на работу линии. Следовательно, взяв их достаточно большим, получим сплошную конструкцию линии, которая и является волноводом прямоугольной формы (рис. 2). По такому же принципу может быть получен и волновод круглой формы.

Вначале может показаться, что волновод способен передавать энергию только одной определенной частоты или длины волны. Оказывается, по волноводу могут передаваться волны короче так называемой критической длины волны , зависящей от размеров волновода, но не могут передаваться волны, длина которых равна или больше критической.

Это свойство волноводов можно пояснить следующим образом. Пусть, например, на рис. 1, иллюстрирующем образование прямоугольного волновода, длина волны X генератора, питающего линию СD уменьшится до значения. При этом длина четвертьволновых отрезков линии станет короче что при данных размерах волновода как бы увеличивает ширину проводов линии СD Следовательно, для волны условия распространения в волноводе изменяться не должны, так как по-прежнему короткозамкнутые отрезки имеют длину и их входное сопротивление равно бесконечности.

Иная картина имеет место тогда, когда длина волны увеличится до значения. Теперь уже вдоль отрезка короткозамкнутой линии длиной. будет укладываться менее

четверти волны. Входное сопротивление отрезка сильно уменьшается, становится по характеру индуктивным, ток в линии сильно шунтируется и распространение энергии оказывается невозможным.

Значение критической длины волны волновода можно показать, пользуясь, рис. 2. Размер, а прямоугольного волновода называется широкой стенкой, а b - узкой стенкой. Как видно из рисунков, критическая длина волны прямоугольного волновода зависит от размера широкой стенки: . Выбор размера узкой стенки зависит от передаваемой мощности. Практически размеры волновода выбираются из соотношении - рабочая длина волны (длина волны генератора СВЧ). Для круглого волновода. - диаметр волновода.

На практике наиболее широко применяются прямоугольные волноводы, которые проще в изготовлении, легче возбуждаются от генератора СВЧ и имеют некоторые другие преимущества. Затухание энергии в волноводе меньше, чем в коаксиальном кабеле. Для латунных волноводов 10-сантиметрового диапазона коэффициент затухания составляет 0,062 дБ/м, в 3-сантиметровом диапазоне - 0,23 дБ/м.

В связи с ограниченными размерами распространение электромагнитной энергии вдоль волновода происходит путем многократного отражения от противоположных стенок волновода. В связи с этим фазовая скорость больше скорости распространения энергии в свободном пространстве и зависит от длины волны генератора, питающего волновод, и размеров широкой стороны волновода

Скорость переноса энергии вдоль волновода, называемая групповой скоростью , оказывается меньше скорости распространения в свободном пространстве и зависит также от длины волны и размеров волновода;

Поскольку длина волны в волноводе, зависящая от фазовой скорости, то на основании формулы (1.1):

Следовательно, длина волны в волноводе превышает длину волны генератора. Волновое сопротивление волновода

В волноводе, как и в обычной двухпроводной линии, может иметь место режим бегущих, стоячих и смешанных волн. Например, если конец волновода закрыть наглухо, то волновод будет вести себя как короткозамкнутая линия. Тогда в волноводе имеет место режим стоячих волн. Если конец волновода открыт, то часть энергии будет излучаться, а часть ее отразится от конца волновода.

Волноводная линия на судне собирается из отдельных волноводных секций по месту установки приемопередатчика и антенны. Для сочленения этих секций между собой применяют дроссельно-фланцевые соединения.

При работе судовой РЛС в режиме кругового обзора антенна вращается, а приемопередатчик неподвижен. Вследствие этого возникает необходимость в наличии в антенно-волноводном тракте вращающегося перехода. Широкое использование на практике получила схема перехода, показанная на рис. 3. Электрический контакт между вращающейся и неподвижной частями волноводной линии обеспечивается за счет четвертьволнового разомкнутого на конце отрезка, образованного внешним проводником коаксиальной линии. Известно, что входное сопротивление такого отрезка линии равно нулю. Тем самым

обеспечивается условие перехода энергии от приемопередатчика к антенне и обратно без заметного отражения энергии от вращающегося перехода.

Дата добавления: 2015-09-05