23 | 09 | 2017
Друзья
Главное меню
Смотри
Статистика
Пользователи : 1
Статьи : 2824
Просмотры материалов : 7716819

Посетители
Рейтинг@Mail.ru
Советую
Online
  • [Bot]
  • [Google]
  • [Yahoo]
  • [Yandex]
Сейчас на сайте:
  • 74 гостей
  • 4 роботов
Новые пользователи:
  • Administrator
Всего пользователей: 1
RSS
Подписка на новости
волноводы PDF Печать E-mail
Автор: Administrator   
03.07.2017 12:57

волноводы

Глава 14 - Линии передачи


Волновод представляет собой особую форму линии передачи, состоящую из полого металлического провода. Стена трубки обеспечивает распределенную индуктивность, а пустое пространство между стенками трубки обеспечивает распределенную емкость: Рисунок ниже



Волновые направляющие проводят микроволновую энергию при меньших потерях, чем коаксиальные кабели.


Волноводы практичны только для сигналов с чрезвычайно высокой частотой, где длина волны приближается к размерам поперечного сечения волновода. Ниже таких частот волноводы бесполезны в качестве линий электропередачи.

Однако при функционировании в качестве линий передачи волноводы значительно проще, чем двухпроводные кабели, особенно коаксиальные кабели, при их изготовлении и обслуживании. Имея только один проводник («оболочка» волновода), нет никаких проблем с правильным расстоянием между проводниками и проводниками или консистенцией диэлектрического материала, поскольку единственным диэлектриком в волноводе является воздух. Влага не является столь же серьезной проблемой в волноводах, как и в коаксиальных кабелях, и поэтому волноводы часто избавляются от необходимости «заполнения» газа.

Волноводы можно рассматривать как каналы для электромагнитной энергии, причем сам волновод действует не что иное, как «директор» энергии, а не как проводник сигнала в нормальном смысле этого слова. В определенном смысле все линии передачи функционируют как каналы электромагнитной энергии при транспортировке импульсов или высокочастотных волн, направляя волны, когда берега реки направляют приливные волны. Однако, поскольку волноводы представляют собой однопроводные элементы, распространение электрической энергии по волноводу имеет совершенно иной характер, чем распространение электрической энергии по двухпроводной линии передачи.

Все электромагнитные волны состоят из электрических и магнитных полей, распространяющихся в одном и том же направлении движения, но перпендикулярных друг другу. По длине нормальной линии электропередачи как электрические, так и магнитные поля перпендикулярны (поперек) направлению движения волны. Это называется основным режимом или TEM ( T ransverse E lectric и M agnetic). Этот способ распространения волны может существовать только там, где есть два проводника, и это доминирующий режим распространения волны, где размеры поперечного сечения линии передачи малы по сравнению с длиной волны сигнала. (Рисунок ниже )



Распространение двухпроводной линии передачи: режим ТЕА.


На частотах микроволнового сигнала (между 100 МГц и 300 ГГц) двухпроводные линии передачи любой значительной длины, работающие в стандартном режиме ТЕА, становятся нецелесообразными. Линии, достаточно малые в поперечном сечении для поддержания распространения сигнала режима ТЕА для СВЧ-сигналов, имеют тенденцию иметь низкие значения напряжения и страдают от больших паразитных потерь мощности из-за «скин-эффекта» проводника и диэлектрических эффектов. К счастью, однако, на этих коротких волнах существуют другие способы распространения, которые не являются «потерями», если используется проводящая трубка вместо двух параллельных проводников. Именно на этих высоких частотах волноводы становятся практичными.

Когда электромагнитная волна распространяется по полой трубке, только одно из полей - электрических или магнитных - будет фактически поперечным направлению движения волны. Другое поле будет «петляться» в продольном направлении к направлению движения, но все же должно быть перпендикулярно другому полю. Любое поле остается поперечным направлению движения, определяет, распространяется ли волна в режиме TE ( T ransverse E lectric) или TM ( T ransverse M agnetic). (Рисунок ниже )



Волноводные (ТЕ) поперечные электрические и (ТМ) поперечные магнитные моды.


Для данного волновода существует много вариаций каждого режима, и полное обсуждение этого вопроса выходит далеко за рамки этой книги.

Сигналы обычно вводятся и выводятся из волноводов с помощью небольших антеннообразных соединительных устройств, вставленных в волновод. Иногда эти соединительные элементы имеют форму диполя, который представляет собой не более чем два незакрытых незакрепленных провода соответствующей длины. В других случаях соединитель представляет собой одиночную заглушку (полудипольный, аналогичный, в принципе, «хлыст» антенне, 1 / 4λ в физической длине) или короткую петлю провода, оканчивающуюся на внутренней поверхности волновода: (рис. Ниже )



Шлейф и петлевая связь с волноводом.


В некоторых случаях, таких как класс вакуумных трубных устройств, называемых индуктивными выходными трубами (так называемая клистронная трубка попадает в эту категорию), «полость», образованная из проводящего материала, может перехватывать электромагнитную энергию от модулированного пучка электронов, не имея Контакт с самой балкой: (рисунок ниже)



Индуктивная выходная трубка Klystron.


Так же, как линии электропередачи могут функционировать как резонансные элементы в цепи, особенно когда они заканчиваются коротким замыканием или разомкнутым контуром, то на определенных частотах может резонировать и мертвый волновод. При использовании как таковое устройство называется резонатором резонатора . Индуктивные выходные трубки используют тороидальные резонаторы резонатора, чтобы максимизировать эффективность передачи энергии между электронным лучом и выходным кабелем.

Резонансная частота резонатора может быть изменена путем изменения ее физических размеров. С этой целью изготавливаются полости с подвижными пластинами, винтами и другими механическими элементами для настройки для обеспечения грубой резонансной регулировки частоты.

Если резонансная полость открыта на одном конце, она функционирует как однонаправленная антенна. На следующей фотографии показан самодельный волновод, образованный из жестяной банки, используемой в качестве антенны для сигнала 2,4 ГГц в компьютерной сети связи «802.11b». Соединительный элемент представляет собой четвертьволновый шлейф: не более, чем кусок сплошной медной проволоки длиной около 1-1 / 4 дюйма, проходящей от центра коаксиального соединителя кабеля, проникающего сбоку банки: (рисунок ниже )



Can-tenna иллюстрирует связь заглушки с волноводом.


На заднем фоне можно увидеть еще несколько усиков с оловянными антеннами, один из которых может быть чип картофелем Pringles. Хотя это может быть из картонной (бумажной) конструкции, ее металлическая внутренняя облицовка обеспечивает необходимую проводимость для функционирования в качестве волновода. У некоторых из банок на заднем плане все еще есть свои пластиковые крышки. Пластик, непроводящий, не мешает радиочастотному сигналу, но функционирует как физический барьер, препятствующий попаданию дождя, снега, пыли и других физических загрязнений в волновод. «Реальные» волноводные антенны используют аналогичные барьеры для физического закрытия трубки, но обеспечивают беспрепятственную передачу электромагнитной энергии.

  • ОБЗОР:
  • Волноводы - это металлические трубки, функционирующие как «каналы» для переноса электромагнитных волн. Они применимы только для сигналов с чрезвычайно высокой частотой, где длина волны сигнала приближается к размерам поперечного сечения волновода.
  • Распространение волны через волновод можно разделить на две широкие категории: TE (поперечная электрическая) или TM (поперечная магнитная), в зависимости от того, какое поле (электрическое или магнитное) перпендикулярно (поперечно) к направлению движения волны. Движение волны вдоль стандартной двухпроводной линии передачи имеет режим ТЕА (поперечный электрический и магнитный), где оба поля ориентированы перпендикулярно направлению движения. Режим ТЕА возможен только с двумя проводниками и не может существовать в волноводе.
  • Неограниченный волновод, выступающий в качестве резонансного элемента в СВЧ-схеме, называется резонатором резонатора .
  • Полостной резонатор с открытым концом функционирует как однонаправленная антенна, отправляет или принимает радиочастотную энергию в / из направления открытого конца.
 
Для тебя
Читай