Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ (1988) (1095425), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Параметры некоторых полосковых ливий приводятся в справочниОтрезки полосковых линий передачи на общем основан ии ока- заимное влияние друг на друга. Установлено, что взаимодействие параллельных линий пренебрежимо мало при рассто н ду роводниками, в 2 — 3 раза превышающем их ширину. При я ии более близком расположении проводниге ков возникает распределенная электроЯа магнитная связь„которая используется для образования направленных ответвителей (см.
$4.4). К полосковым относятся также щеле- Ф вые и кояланарные линии передачи, обладающие рядом полезных свойств: возгс можностью, параллельного и последоваЕ тельного подключения сосредоточенных и элементов, удобством сочленения с другими типами линий и возможностью создания невзнимных ферритовых устройств. Каленая линия передачи представляет собой узкую щель в проводящем слое, расположенном на одной стороне диэлектрического листа с высокой проницаемостью (рис. 1.б, а). В щелевой линии распространяется замедленная Н-волна, ~н электромагнитное поле которой концентрируется вблизи щели.
Критическая частота этой основной волны равна нулю, однако имеет место значительная дисперРнс. 1.7. Коплана ная лнння сия. Щелевые линии передачи могут по- .. К планнрная лнннн мещаться в прямоугольные экраны. Такие волноводно-щелевые линии (рис. 1.6, б) удобно сочетаются с трактами на прямоугольных волноводах и, кроме того, часто применяются в конструкциях волноводно-полосковых излучателей. т ехп в Колланарная линия передачи (рис. 1.7) представляет соб й о тр хпроводную полосковую линию передачи„образованную двумя параллельными, близко расположенными узкими щелями в металлическом слое на одной стороне диэлектрической пластины. Как к в щелевой линии, используются пластины с высокой диэлектрической проницаемостью (н,~10), что приводит к существенному укорочению длины волны в линии и к концентрации полей вблизи центральной полоски. Основным типом волны в копланарной линии является замедленная Н-волна.
Эта волна обладает дисперсией, однако ее критическая частота равна нулю. Электрические пара- Таблица 1.! ~тк!и кмх' см !ср, см Р . кзт ксс' х„, см к, хв!м аХЬ, мм 72Х34 28,5Х12,5 23Х10 10,6Х4,3 7,2Х3,4 3000 500 300 70 40 7,7 — 13 2,9 — 5,1 2,3 — 4,1 1,07 — 1,9 0,75 — 1,2 0,02 0,07 0,12 0,35 0,51 14,4 5,7 4,6 2,12 1,44 1О 3,2 3,2 1,25 0,3 Размеры сечения прямоугольных волноводов стандартизованы. Параметры некоторых стандартных медных волноводов приведены в табл. 1.1. Указанные в табл.
1.1 значения допустимой передаваемой мощности Р„,„относятся к воздушному заполнению при нормальных атмосферных условиях. Уровень мощности может быть повышен в несколько раз при заполнении волноводного тракта злегазом БГБ и создании повышенного давления до 13 —;б) 10БПа. Поперечные размеры прямоугольных волноводов могут быть уменьшены, если придать сечению Н- или П-образную форму метры щелевых и копланарных линий передачи рассчитывают на ЭВМ. Прямоугольные и круглые волноводы. Прямоугольные металлические волноводы применяются в дециметровом, сантиметровом и миллиметровом диапазонах длин волн для передачи мощности СВЧ на основной волне типа Нвр Размеры поперечного сечения волноводов аХЬ выбирают исходя из необходимости удовлетворить противоречивым требованиям максимальной передаваемой мощности, минимального затухания и максимальной рабочей полосы частот.
При приближении рабочей длины волны ),с к критической длине волны й р — — 2а происходит быстрое снижение электро- прочности волновода, прямо пропорциональное множителю 11— — !Аь/2а)а)!(а, и наблюдается довольно резкое возрастание затухания, обратно пропорциональноеэтомуже множителю. Поэтомупринимают, что длннноволновая граница использования прямоугольного волновода )ти,„должна быть на 10!3! ниже критической длины основной волны типа Ню. Коротковолновая граница для прямоугольного волновода обусловлена требованием отсутствия распространяющихся волн высших типов. Наиболее низкими критическими частотами обладают волны Нар, Еп и Нц! 3стр — — а длЯ волны Нас, )„р=2аЬ() па+Ьл длЯ волн Е!! и Нц. Для полной уверенности в отсутствии распространяющихся волн высших типов минимальная рабочая длина волны 2им!„ хотя бы на 1сл! должна превышать критическую длину волны первого высшего типа колебаний. (рис.
1.8). Критические длины волн для основных Н-типов колебаний в Н- и П-образных волноводах могут неограниченно увеличиваться при уменьшении зазоров я, в которых сосредоточено поперечное электрическое поле. Заметим, что упоминавшуюся волноводно-шалевую линию передачи можно трактовать как Н-волновод с неоднородным диэлектрическим заполнением Критические длины волн высших типов колебаний в Н- и П-волноводах увеличиваются незначительно, и поэтому такие волноводы имеют расширенную полосу пропускания, доходящую до нескольких октав. Однако уве- Рис.
1.8. Н- и П-образный волноводы Таблица 1.2 тнн волны н„ Ен 1 Хна/а ~ 6,42 1,46 1,64 Наиболее широко используются три типа волн: магнитные волны Нц и Но~ и электрическая волна Ео,. Структуры полей Е и Н в поперечном сечении волновода для волн этих типов показаны на рис. 1.9. Основная волна Нц по своей структуре и свойствам является аналогом волны Н,о в прямоугольном волноводе. Однако в круглом волноводе могут существовать две вырожденные, т. е. имеющие одинаковые критические частоты, волны Нц с ортогональной поляризацией поля, например горизонтальной и вертикальной. В идеальном круглом волноводе этн волны теоретически независимы, однако любые нерегулярности реального волновода приводятк пере- личение полосы частот в этих волноводах сопровождается снижением электропрочности и заметным возрастанием коэффициента затухания.
Круглые металлические волноводы используют главным образом для создания различных элементов тракта и реже — для передачи мощности на значительные расстояния. В табл. 1.2 перечислены в порядке уменьшения критической длины волны первые шесть типов колебаний круглого волновода радиуса а. ходу энергии от волны одной поляризации к волне ортогональной поляризации, т.
е. к изменению поляризации при движении волны вдоль волповода. Для повышения устойчивости линейной поляризации волны Н„ можно использовать волиоводы овального или эллиптического сечения. Чтобы такие волиоводы можно было изгибать при прокладке протяженных трактов, металлические стенки труб выполняются в виде гофра из металлической фольги, защищенной снаружи диэлектрической оболочкой. Существуют автоматизированные линии для изготовления таких полужестких волиоводов с овальным сечением. ф)®Я~ Рнс. 1.9.
Структуры полей в поперечном ееченнн круглого волно- вода Осесимметричиая волна Ещ круглого волноводапримеияетсяво вращающихся сочленениях, однако при этом для предупреждения возникновения волны Ны, имеющей большую длину $ч,„следует принимать специальные меры. Осесимметричиая волна Нщ в круглом волиоводе имеет относительно малую критическую длину волны, и, как следует из табл.
1.2, одновременно с этой волной могут распространяться по крайней мере еще четыре типа волн. Примечательной особенностью волны Нщ в круглом волиоводе является полное отсутствие продольных составляющих электрических токов иа его стенках и быстрое уменьшение амплитуд поперечных составляющих тока иа стенках при увеличении диаметра волновода или укорочении рабочей длины волны. Поэтому коэффициент затухания волны Нщ в круглом волиоводе асимптотически стремится к пулю при увеличении отношения радиуса волиовода к длине волны и круглый волиовод с волной Нщ может применяться для образования высокодобротиых объемных резонаторов, а также для канализации миллиметровых волн иа значительные расстояния.
Диэлектрические ливии передачи. Одним из путей снижения потерь в ливиях передачи является использование замедленных поверхностных волн. Значительная часть мощности поверхностной волны движется в свободной пространстве иад замедляющей структурой, и это способствует уменьшению коэффициента затухаиия. Общим свойством замедленных поверхностных волн является быстрое убывание амплитуд полей при удалении от замедляющих структур (практически по экспоненциальному закону). Степень концентрации поверхностной волны около замедляющей структуры принято оценивать радиусом поля, характеризующим круговое сечение„в котором сосредоточено 99% мощности волны. Чем больше радиус поля, тем слабее поверхностная волна связана с замедляющей структурой и тем меньше коэффициент затухания. Однако при большом радиусе поля поверхностная волна оказывается неустойчивой и легко излучается на нерегулярностях, особенно в местах изгибов линий.
Практически радиус поля не должен превышать нескольких длин волн. Рис. И!0. Диэлектрическая линия передачи Наиболее распространенная диэлектрическая линия передачи представляет собой сплошной нли полый диэлектрический стержень, вдоль которого распространяется аксиально-несимметричная гибридная волна, возбуждаемая путем постепенной деформации волны Ни круглого волновода, проходящей через рупорный переход (рис. 1.10).
В диэлектрических линиях передачи возможно существование двух таких типов волн, различающихся ориентацией вектора напряженности электрического поля. Диэлектрические стержни круглого сечения используются редко, так как волны ортогональных поляризаций имеют в них одинаковые фазовые скорости и поэтому сильно взаимодействуют на нерегулярностях (переходят одна в другую).
Предпочтительными являются стержни прямоугольного или эллиптического сечения. Критическая частота гибридной волны основного типа в диэлектрической линии в строгом смысле равна нулю. Однако при уменьшении частоты ниже некоторого значения, называемого риальмой критической частотой, коэффициент замедления волны на- столько уменьшается, а радиус поля настолько увеличивается, что волна становится неустойчивой и затухающей из-за сильного излучения. Реальной критической частоте условно соотносят приведенный коэффициент замедления и и ††с/по †10-л и радиус поля, примерно равный 10Хо. При приведенных коэффициентах замедления пир — — 10-э —:10-е коэффициент затухания поверхностной волны в 100 — 10 раз меньше, чем для безграничной диэлектрической среды.
На миллиметровых волнах достижимы коэффициенты затухания 0,03 — 0,1 дБ/м, что на порядок меньше, чем в медном прямоугольном волноводе. В области значений приведенного коэффициента замедления пив р ~д Щ~~, ° »"» й о) Рис. 1.11. Диэлектрические волноводы для миллиметровых воли =0,1 —:0,3 коэффициент затухания в диэлектрической линии передачи практически соответствует коэффициенту затухания плоской волны в безграничной диэлектрической среде. Радиус поля примерно вдвое превышает радиус стержня, и линия передачи может быть изогнута с радиусом более 10 Хо- Диэлектрические линии часто располагают иа поверхности металлических экранов (рис.
1.11, а, б). Это так называемые зеркальные диэлектрические волноаоды. Структура полеь вэтихлиниях с учетом зеркального изображения в экране соответствует обычным диэлектрическим линиям, однако экран обеспечивает устойчивую поляризацию поля. На частотах около 70 ГГц зеркальные диэлектрические линии обладают коэффициентами затухания 0,02 — 0,2 дБ/м. На рис. 1.11, в изображена диэлектрическая линия передачи, в которой диэлектрический стержень располагается между двумя параллельными металлическими пластинами. Образующаяся замедленная гибридная волна не создает продольных составляющих электрического тока в металлических пластинах, и поэтому наблюдается уменьшение потерь в пластинах с ростом частоты.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
