Задание.
Расчет одномодового круглого волновода.
Рабочая частота - 6 ГГц
Ширина полосы частот - 1 ГГц
Коэффициент шероховатости стенок k
ш
=
1.0
Заполнение волновода воздушное Атмосферные условия нормальное
Требования.
1. Дать краткую характеристику передающих линий на СВЧ.
2. Отметить недостатки и преимущества заданного типа линий и перспективы развития.
3. Произвести расчет геометрических размеров линии и электрической прочности.
I
. Краткая характеристика передающей линии.
Круглый металлический волновод представляет собой трубу с внутренним радиусом а (рис.1).
Так, считается, что проводимость стенок волновода бесконечно велика, волновод неограниченно протяжен и однороден вдоль оси z
, а внутренней средой является воздух или вакуум. Контур сечения волновода можно преобразовать из прямоугольного в круглый путем последовательных деформаций. Картину поля в волноводе следует строить исходя из того, что силовые линии электрического вектора всегда подходят к металлическим стенкам по направлению нормали. В конечном итоге получаем картину одного из типов волн в круглом волноводе рис.2в. Есть основание полагать, что эта картина соответствует основной волне круглого волновода. В дальнейшем этот факт будет строго доказан.
Рис 2.Последовательные этапы деформации прямоугольного волновода
Среди всевозможных Н-волн круглого волновода наибольшее практическое применение нашла волна типа H11
, у которой
Картина силовых линий поля, построенная с помощью данных соотношений, изображена на рис.3. Она полностью совпадает с той, которая была получена путем непрерывной деформации поля волны типа Ню прямоугольного волновода.
Рис.3. Силовые линии волны типа Ни в круглом волноводе.
На основе диаграммы типов волн, отметим, чтов круглом волноводе не могут распространяться электромагнитные колебания с длиной волны l
0
>3.14
a
.
Волновод при этом оказывается в режиме отсечки. В интервале длин волн 3.41а
> l0
> 2.61a волновод работает в одноволновом режиме, т.е. пропускает лишь основной тип волны H11
. Если же l0
<2.61a , то в круглом волноводе может наблюдаться уже многоволновый режим. На практике ширина области одноволновости должна быть несколько сокращена.
Рис.4.Диаграмм типов волн в круглом волноводе.
2. Применение круглых волноводов,
Несмотря на очевидные конструктивные и технологические достоинства, круглые волноводы используются значительно реже, чем прямоугольные. Это обусловлено так называемой поляризационной неустойчивостью
основной волны типа H11
в круглом волноводе. Поляризационная неустойчивость - прямое следствие совершенной симметрии волновода. В практическом отношении весьма ценно, что в круглом волноводе могут существовать симметричные типы волн. На основе этих волн работает ряд устройств СВЧ. В качестве примера можно привести вращающееся волновое сочленение, необходимое для подключения передатчика (или приемника) радиолокационной станции к вращающейся антенне.
Следует отметить одно уникальное свойство круглого волновода, связанное с частотными характеристиками затухания симметричных Н-волн, прежде всего волны типа H01
. Теоретически и экспериментально былопоказано, что затухание таких волн падает с ростом частоты в отличие от волн других типов как в круглом, так и в прямоугольном волноводах, у которых с ростом частоты затухание увеличивается. Это свойство позволяет в полной мере реализовать огромную информационную емкость СВЧ-диапазона (на волнах миллиметрового диапазона затухание волны типа Н01
в километровом отрезке медной трубы диаметром 50.8 мм составляет лишь несколько децибел). Однако на пути практического применения встаёт ряд трудностей связанных с тем, что волна типа H01
не является волной низшего типа в круглом волноводе. Если волна типа Н01
может распространяться, то способны распространятся и другие типы волн, число которых на достаточно высоких частотах значительно (в трубе диаметром 50.8 мм. при длине волны генератора 4 мм. одновременно распространяется примерно 770 типов волн).
3. Расчет геометрических размеров линии и электрической прочности.
Как показано в 1 пункте основной волной распространяющей в волноводе является волна типа H11
. Для того чтобы волновод работал в одноволновом режиме необходимо чтобы 3.41а>l > 2.61a, и
1.
2. Max и Min частоты передачи.
3. Полоса пропускания
4. Длина волны в волноводе
5. Фазовая скорость.
6. Групповая скорость
7. Характеристическое сопротивление.
8. Средняя мощность переносимая волной типа Н11
.
- удельная плотность потока мощности
9. Коэффициент затухания.
с учетом коэффициента шероховатости kш
= 1.0
Список использованной литературы.
1. С.И. Баскаков «Электродинамика и распространение радиволн»