Основные параметры электромагнитных волн и лп
Лекция 2. Основные параметры электромагнитных волн и лп
Фазовой скоростью гармонической электромагнитной волны называется
скорость изменения ее фазы. Фазовая скорость связана с вещественной частью
волнового числа соотношением:
Отметим, что произведение фазовой и групповой скорости для любых
линий передачи дает постоянную величину, равную скорости света в квадрате:
, при этом фазовая скорость не может превышать скорость света,
а групповая, наоборот, не может быть меньше скорости света. Как правило, в
связи с тем, что все известные линии передачи в общем случае обладают дисперсией,
Рекомендуемые материалы
групповая скорость всегда больше скорости света.
Дисперсией называется зависимость фазовой скорости волны в линии
передачи от частоты, а дисперсионная характеристика представляет собой
конкретный вид этой зависимости, задаваемый формулой или графиком.
Дисперсия заметно влияет на частотные характеристики устройств, построенных
на отрезках линий передачи, и должна приниматься во внимание при
проектировании таких устройств.
Линии передачи с Тволнами
не имеют дисперсии, и фазовая скорость в
них на любой частоте равна скорости распространения плоской электромагнитной волны в среде, заполняющей линию передачи: 
где U(x) и I(x) – комплексные амплитуды напряжения и тока в сечении линии
передачи, заданном координатой x. Очевидно, что входное сопротивление будет
совпадать с волновым сопротивлением только при отсутствии отраженной
волны.
Максимальная пропускаемая мощность ограничивается электрическим
пробоем или перегревом проводников и изоляторов линии передачи. При работе
в импульсном режиме с высокой скважностью более опасен электрический
пробой, а при передаче больших мощностей в непрерывном режиме
возникает опасность и теплового разрушения линий передачи.
Допустимую мощность в линии передачи обычно принимают равной
25–30% от максимальной пропускаемой мощности, которую еще называют
критической мощностью. Примерно трехкратный коэффициент запаса учитывает
возможное снижение электрической прочности из-за влияния различных нерегулярностей и рассогласования тракта. При укорочении рабочей длины волны размеры поперечного сечения линии передачи приходится уменьшать, чтобы не допустить распространения
волн высших типов. Уменьшение поперечного сечения увеличивает концентрацию
поля в линии передачи и вызывает соответствующее снижение пропускаемой
мощности. При укорочении длины волны, как уже отмечалось,
возрастает коэффициент затухания, и в сочетании с затрудненным теплоотводом
при меньшем поперечном сечении это также уменьшает максимальную
пропускаемую мощность из-за возможности перегрева.
В устройствах диапазона СВЧ в полной мере проявляются волновые
свойства электромагнитных колебаний. Здесь уже перестают работать уравнения
электро- имагнитостатики и вытекающее из них правило Кирхгофа для
замкнутого контура, используемые в теории цепей радиодиапазона, но еще не
начали работать законы геометрической оптики. Это связано с тем, что схемы
диапазона СВЧ содержат элементы, размеры которых могут быть соизмеримы
с длиной волны. Поэтому строгое описание схем диапазона СВЧ возможно
только на основе электродинамических уравнений Максвелла.
Электрические схемы радиодиапазона содержат в основном элементы с
сосредоточенными параметрами, которые можно считать точечными по сравнению
с длиной волны. Это могут быть конденсаторы, дроссели, резисторы,
соединительные проводники и т. д. Для схем СВЧ характерно наличие элементов
с распределенными параметрами. К ним относятся отрезки линий передачи,
резонаторы и другие протяженные элементы. Физические свойства
таких объектов обычно характеризуют погонными параметрами – величинами,
отнесенными на единицу длины или на единицу площади. В частности,
наиболее употребляемыми здесь являются: погонная емкость C1, погонная
индуктивность L1 и погонные потери R1. Через погонные параметры фазовую
скорость можно выразить следующим образом:
В диапазоне СВЧ емкость и индуктивность проводников часто нельзя
рассматривать одну без другой. В связи с этим для одного и того же отрезка
линии передачи через погонные параметры можно определить эквивалентную
емкость и индуктивность. Физический эквивалент рассматриваемого участка
линии передачи определяется рабочей частотой, величиной и характером нагрузки,
находящейся на конце линии передачи, а также положением рассматриваемого
участка относительно нагрузки. Величины погонных параметров различных линий передач определяются исключительно через их конструктивные параметры (поперечные размеры токонесущих поверхностей и электромагнитные свойства заполняющих
Обратите внимание на лекцию "Анатомия и физиология нервной системы".
ЛП сред, т. е. ε и μ). При этом помимо строгих электродинамических методов
расчета используются и приближенные. Так для микрополосковых и полосковых
линий передачи иногда наиболее эффективным оказывается расчет в
квазистатическом приближении, когда поперечные размеры линии гораздо
меньше длины волны, и уравнения Гельмгольца в таком случае переходят в
уравнения электро- и магнитостатики [7].
