Кривые для коэффициента затухания в круглом волноводе (рис. 8.21, б) построены в зависимости от отношения диаметра вол новода к длине волны.
Теперь представляется возможным определить коэффициент по
лезного действия |
г\тп |
волновода |
длиной |
ls |
в режиме |
бегущей |
волны: |
Т1тп |
Р 0е |
—2атп11в |
( 8 . 6 9 ) |
|
|
Ро |
|
|
|
|
а / д 5 / м
Рис. 8.21
Вопросы для самопроверки
1.Как определить мощность, пропускаемую волноводом?
2.Что называется характеристическим и волновым сопротивлениями волно вода и как их рассчитывают?
3.Каковы причины затухания электромагнитных волн в волноводе?
4.Расскажите о методике учета затухания электромагнитных волн в вол
новоде. |
|
см, |
|
|
|
сим/м), |
5. Как находят к. п. д. волновода? |
|
|
|
|
|
Задача. По цилиндрическому медному волноводу ([ха = Ро, уэ = 5,9- ІО7 |
|
заполненному воздухом и имеющему радиус рв = 2,5 |
|
м осуществляется передача |
электромагнитной энергии при частоте f=3,75-1010 |
гц. |
|
и к. п. д. волновода для |
Вычислить затухание в волноводе длиной 1=100 |
двух типов волн ТЕоі(Ноі) и ТМц(Ец) в случае пренебрежения |
потерями в воз |
духе. |
|
|
|
для |
|
медного про |
Р е ш е н и е . 1. Находим поверхностное сопротивление |
|
водника: |
|
|
|
|
|
|
|
3 , 1 4 - 3 , 7 5 - 1 0 Ю .4 Я - 1 0 - 7 |
: 0,05 |
ом. |
|
2 - 5 , 9 - 1 0 7 |
|
|
|
|
2.Определяем длину волны и коэффициент фазы в свободном пространстве
атакже величину Z 0:
3-108 |
м, k |
= |
2 л |
2 - 3 ,1 4 |
pad/м |
: 0,008 |
|
—— = |
= 785 |
; |
/ 3,75-ЮЮ |
|
|
X |
0,008 |
|
377 ом.
Уео
3. Производим расчет для волны ТЕ0ь Критическая длина волны в соответ ствии с (8.51) и табл. 8.1.
|
^кр : ^оі = |
2ах рв |
2-3,14-0,025 |
: 0,041 |
м. |
|
Волна |
Н-01 |
3,832 |
|
|
такого типа |
|
может распространяться |
в |
волноводе, так как Я= |
= 0,008 лі<Л оі = 0,041 |
м. |
По |
формуле |
(8.67) |
вычисляем |
|
коэффициент затухания: |
" |
0,05 |
|
|
|
|
0,008\2 |
|
0,008\2 |
|
: 2,03- ІО-4 |
неп'.м. |
“ тЕо, = о,025-377 |
|
/ ■ |
^0 '041 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,041 |
|
м |
|
|
|
|
|
Полный коэффициент затухания при 1=100 |
|
|
|
|
|
|
|
aTEoJ |
= |
2,03-ІО- 4 -100 = 2,03• 10 |
2 |
неп. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Множитель затухания е_А ’АО ІА--2^ i .
Коэффициент полезного действия |
т101 и 1. |
|
имеем еп=3,832 = цоь т. е. |
4. |
Выполняе,м расчет для волны ТМц. Из табл. 8.1 |
Лир и /„р имеют для волны ТМц те же значения, |
что и для волны ТЕ0і. По фор |
муле (8.68) |
находим |
|
|
1 |
|
|
|
|
™ |
“ |
0,05 |
/ |
|
5,4-10 |
3 |
непім. |
|
|
0,025-377 |
|
1— 0,008\2 |
|
Полный коэффициент затухания |
0,041 |
0,54. |
|
|
|
|
|
с4Міі* = |
5 ,4 -10—3- 100 = |
|
|
Множитель затухания е 0,54г» 0,585. К- и. д. волновода
тіп = е—2 0,54 = 0,34.
§ 8.7. ВОЗБУЖДЕНИЕ И СВЯЗЬ ВОЛНОВОДОВ
Количественные выводы предыдущих параграфов настоящей главы были получены на основании решения однородного (без пра вой части) волнового уравнения поля. В такой постановке задачи, оставляющей в стороне причины возникновения полей, вопрос об их величине беспредметен. В самом деле, составляющие поля всег да определялись с точностью до постоянного множителя (например, H q). Чтобы найти величины напряженностей поля, необходимо решить задачу о возбуждении направляющей системы. При этом амплитуды распространяющихся волн будут определяться мощно стью источника, конструкцией возбуждающего устройства и волно вода. Строгое решение задачи возбуждения волновода даже для простейших случаев весьма сложно и выходит за рамки изучаемо го курса. Поэтому здесь рассмотрим только общие сведения о спо собах возбуждения волноводов.
Изучение структуры поля в регулярном волноводе показывает, что в нем может существовать бесконечное число волн типов ТЕ и ТМ. Однако для передачи энергии по волноводу используют лишь некоторые основные типы волн, так как передача энергии на более высоких типах волн сопряжена с дополнительными потерями элек тромагнитной энергии. Для того чтобы поле излучателя возбудило в волноводе поле необходимого типа, частота питающего тока долж на соответствовать критической частоте, определяемой размерами
волновода, и условию существо
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Л |
вания поля |
только |
этого |
типа |
|
(например, |
для |
полят |
типа |
Я 10 |
|
h o < f < h u . . < f m n , |
(где |
|
= |
1, |
2 ..., |
а) |
п =1 , |
2 ...). |
Кроме того, |
создавае |
|
мое |
излучателем |
поле |
|
должно |
|
иметь составляющие, |
совпадаю |
|
щие по направлению с соответст |
|
вующими |
|
составляющими |
воз |
|
буждаемого поля в волноводе, а |
|
сам излучатель должен быть рас |
|
положен |
в |
месте |
максимальной |
|
величины |
составляющей |
возбуж |
|
даемого поля. |
|
|
взаимно |
|
Согласно принципу |
|
сти можно утверждать, |
что |
кон |
|
струкции устройств, предназна |
|
ченных для возбуждения в вол |
(для связи генератора СВЧ |
новоде волны определенного типа |
с волноводом) |
и для извлечения элек |
тромагнитной энергии из волны того же типа |
(для связи волновода |
с приемником), должны быть одинаковыми. Так как процесс из влечения энергии из распространяющейся волны в волноводе более нагляден, остановимся главным образом на его рассмотрении.
Извлечь максимальную энергию из волны определенного типа, распространяющейся в волноводе, можно следующими тремя спо собами:
1. В поле волны помещают прямой провод (штырь) так, чтобы он находился в месте, где напряженность электрического поля име ет максимальную величину, и ориентируют его в направлении, па раллельном направлению вектора напряженности этого поля. Оче видно, при таком расположении штыря наводимая в нем э. д. с. будет максимальна. В качестве примера на рис. 8.22, а приведено размещение штыря при возбуждении в прямоугольном волноводе волны типа Ню. При этом, штырь располагается посередине широ кой стенки и перпендикулярно к ней (рис. 8.23, а), т. е. параллельно составляющей Е у, величина которой в этом месте максимальна.
На том же рис. 8.23 показано также возбуждение волн Е0і в круглом волноводе (г) и волн ТЕМ в коаксиальном волноводе (е).
2. В поле волны помещают виток (петлю), ориентировав его так, чтобы нормаль к плоскости витка совпадала с направлением векто
ра напряженности магнитного поля волны. При этом виток должен быть помещен в место максимальной напряженности магнитного поля.
На рис. 8.22, б показано расположение, витка для извлечения энергии в случае волны типа Ню в прямоугольном волноводе. При этом на виток действует максимальная величина Н х. Возбудить волну типа #ю можно также, если виток расположить в место мак симальной величины H z (рис. 8. 23, б).
Рис, 8.23
На рис. 8.23, ж показано расположение витка.при возбуждении
волны типа ТЕМ в коаксиальном волноводе. |
( |
3. |
В стенке волновода прорезают щель |
или отверстие. Такой |
способ можно использовать для передачи электромагнитной энер гии из одного волновода в другой, а также для излучения во внеш нее пространство энергии, подводимой волноводом.
Чтобы |
аизлучение имело место, щель должна быть перпендику |
лярной к |
) |
направлению плотности поверхностного тока (ѵ, |
рис. 8.24, |
|
волны в месте его максимальной величины. В этом слу |
|
|
чае щель существенно влияет на распределение поля. В данный мо мент времени на одной стороне щели накапливаются положитель ные заряды, а на другой — отрицательные; в следующий полупериод заряды меняются местами. Эти заряды создают дополнительное электромагнитное поле, в том числе во внешней по отношению к волноводу области.
Щель, вырезанная параллельно плотности поверхностного тока (рис. 8.24, б), не будет излучать, так как она мало влияет на рас
