![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Лекция №8. Коаксиальный волновод
Коаксиальный волновод - это два соосных металлических цилиндра (см. рисунок 8.1), разделенных диэлектриком.
Рисунок 8.1 – Коаксиальный волновод
Общее для волн Т-типа
Коэффициент фазы и продольное волновое число при этом совпадают:
Для волн Т-типа (всегда имеется в виду низший тип волны):
т.е. волновод должен пропускать колебания любых частот вплоть до постоянного тока. Для этого в волноводе с волной Т-типа должны быть минимум два проводника разделенных слоем диэлектрика. Волновой фронт перемещается со скоростью:
Волны Т-типа не имеют дисперсии. В однородной материальной среде без зарядов третье уравнение Максвелла
где Подставляем: Для коаксиальной линии (в дальнейшем КЛ) удобнее использовать ЦСК. Из-за полной симметрии волновода
Находим Получаем:
Амплитуду вектора Е определим как:
то есть составляющая поля Е имеет только r-ю составляющую и для комплексной амплитуды (диэлектрик без потерь):
Для определения Н используем второе уравнение Максвелла:
т.е. Н имеет только азимутальную составляющую. Токи на металле имеют только z составляющую и разное направление на внутренней и внешней трубе, причем их амплитуды равны:
Для коаксиальной линии в отличие от полых волноводов удобно ввести волновое сопротивление:
Волновое сопротивление ZВ не связано с потерями энергии - это только коэффициент пропорциональности между Е и Н. Зная Е и Н определим мощность переносимую вдоль оси волновода:
Структура поля в коаксиальном волноводе представлена на рисунке 8.2. Рисунок 8.2 – Структура поля волны Т типа в коаксиальном волноводе
Чтобы определить высшие типы волн в коаксиальном волноводе надо решать уравнения аналогичные тем, которые решались для круглого волновода. Как показал анализ, первым высшим типом в коаксиальной линии является, при любом внешнем радиусе b, волна близкая по структуре к волне в круглом волноводе типа
Рисунок 8.3 Структура поля волны
Соответственно определяется
Если внутренний радиус a стремится к внешнему радиусу b (
Рисунок 8.4 – Структура поля волны
Диапазон одномодовой работы (имеется в виду
Имеется несколько особенностей использования коаксиального волновода. Максимальная напряженность электрического поля, как следует из (8.1), имеет место у поверхности центрального проводника и определяется как:
т.е. при заданной мощности есть оптимальное соотношение между a и b, при котором Em - минимальна (передача максимально допустимой мощности). Полагая b = const, дифференцируя по a и приравнивая к нулю (нахождение экстремума) определяем: ln b/a=0.5, этому соотношению соответствует: Из условия одноволновости максимальный радиус центрального проводника
Для прямоугольного волновода Аналогично определяется оптимальное соотношение между a и b, при котором минимальная разность потенциалов между проводниками, получим: ln b/a =1, что соответствует:
Международная электрическая комиссия рекомендует выбирать для передачи большой мощности сопротивление при Обычно используют гибкие коаксиальные линии - кабели их внутренний проводник делают сплошным, сплетенным из проволочек или трубчатым. Материал - обычно медь или латунь для прочности биметаллический (стальная проволока покрытая медью). Внешний проводник - либо труба (жесткая), либо в виде оплетки из проволоки или ленты (гибкая). Изолирующая часть на СВЧ выполняется обычно из фторопласта-4, полиэтилена и т.д., при этом она может быть не сплошной, а из шайб. Использование диэлектрического заполнения приводит к тому, что а) за счет теплового пробоя; б) в небольших промежутках между диэлектриком и проводником есть воздух (всегда), в нем Е в
Как правило, коаксиальный волновод используют для передачи небольших мощностей (до сотен Вт) в диапазоне от f=0 до 10 ГГц (из-за возникновения высших типов волн). Стандартные варианты волнового сопротивления ZВ для различных конструкций 50, 75, 100, 150, 200 Ом.
|