Одноволновая передача в волноводе

Практические соображения передачи сигналов в заданном диапазоне частот диктуют следующую двуединую цель:

а) выбрать наиболее «выгодную» волну;

б) обеспечить условия существования только этой волны (одноволновой передачи).

Что касается первой части задачи, то очевидно, что такой волной является основная волна, т. е. для прямоугольного волновода при – волна . Действительно, эта волна имеет наибольшую критическую длину волны, равную , и на заданной частоте можно выбрать наименьшие поперечные размеры волновода, обеспечивающие перенос энергии этой волной, по сравнению с другими волнами. При этом волновод будет иметь наименьшие массу, габариты и стоимость.

Переходим ко второй части задачи. Необходимость условий одноволновой передачи обусловлена, главным образом, тем, что различные типы волн имеют различные фазовые, а следовательно, и групповые скорости (модовая дисперсия), поэтому при передаче сигнала двумя или более волнами он приходит в место приема с искажениями, величина и характер которых зависит от вида модуляции, скорости передачи информации и т. п.

Если в качестве единственной волны выбрана основная волна, то одноволновую передачу просто обеспечить: для этого во всем рабочем диапазоне нужно обеспечить неравенства:

(13.7.9)

где – критическая длина волны основной волны прямоугольного волновода, – длина волны в рабочем диапазоне ( ) волн, – критическая длина волны первого высшего типа, т. е. волны с критической длиной, большей, чем у всех других волн, не считая основной. Поскольку критическая длина волны выражается через размер широкой стенки:

(13.7.10)

а критическая длина волны – через размер узкой стенки:

(13.7.11)

то, в зависимости от соотношения и , первым высшим типом может оказаться или та, или другая, и если не конкретизировать это соотношение, для обеспечения одноволновой передачи нужно выполнение двух условий:

(13.7.12)

Отсюда следует, что одноволновая передача обеспечена во всем рабочем диапазоне

(13.7.13)

если размеры волновода выбираются исходя из условий:

(13.7.14)

На практике, однако, диапазон для выбора сужают [13.4]:

(13.7.15)

чтобы избежать чрезмерного приближения к , при котором затухание в волноводе резко увеличивается.

Для заданных размеров волновода полосу частот, в пределах которой сохраняется одноволновая передача, обычно характеризуют коэффициентом широкополосности:

(13.7.16)

Если принять размеры волновода, исходя из (13.7.14), то теоретически можно добиться отношения крайних частот рабочего диапазона . Однако, если воспользоваться суженным условием, например, (13.7.15), реальное значение широкополосности составит =1.6 – 1.9.

Допустимая передаваемая мощность

Используя формулы (13.5.1) и (13.7.8), находим выражение средней по периоду передаваемой мощности для основной волны :

(13.7.17)

где – амплитуда электрической напряженности волны . Чтобы выразить предельную мощность через длину волны, примем , , =30 кВ/см, тогда

, кВт,

(13.7.18)

где выражена в сантиметрах. Как видим, предельная (и, соответственно, допустимая) мощность быстро падает с уменьшением длины волны. Но даже на самых малых длинах волн, используемых в ВАЦ, допустимая передаваемая мощность волновода на несколько порядков больше той, что обычно используется в ВАЦ. Так, при =0.2 см ( =150 ГГц) предельная мощность основной волны 5 кВт, а допустимая мощность 1 кВт, в то время как в ВАЦ, в зависимости от вида тестируемого устройства и режима измерения, используется мощность примерно от 10 мВт до нескольких Вт.

Затухание в прямоугольном волноводе

Хотя выше решение внутренней электродинамической задачи для прямоугольного волновода получено для простоты в предположении отсутствия потерь, в реальном волноводе потери, и следовательно, ослабление при передаче энергии, имеются, в первую очередь, за счет поглощения на стенках. Наименьшие потери имеют место при передаче энергии основной волной . Из (13.7.8), (13.5.1) можно найти для этой волны [13.1]:

(13.7.19)

Аналогичным образом можно вывести формулы для коэффициента ослабления за счет потерь в металле для других типов волн.

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 9 Следующая ⇒