Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. Том 1 (1970) (1152176), страница 15
Текст из файла (страница 15)
носит название бел. При потерях в 1 бел мощность на выходе линии меньше входной мощности в 10 раз. г связи с тем, что бел — крупная величина, была введена производная от нее — децибел (сокращенно дб), равная 0,1 бела. Затухание (потери) в децибелах в соответствии с выражениями (5.21) и (5.20) определяется уравнениями у 10 ~~~х вх 20 1~ ! вх ~ Об К р = И~е (5.22) Л = 868 и/ дб. (5.23) Таким образом, постоянная затухания а, описываемая общим уравнением (5.15), в соответствии с (5.23) должна выражаться в децибелах на метр. Единица бел сейчас практически не применяется даже в тех случаях, когда потери измеряются десятками и сотнями децибелов.
109 В децибелах выражают не только потери в волноводах, но и многие другие отношения мощностей или напряженностей поля. Подобным же образом принято выражать некоторые параметры электровакуумных приеоров СВЧ, например коэффициент усиления, коэффициент шума и др. Иногда в децибелах выражают величину мощности малого сигнала, относя ее, например, к уровню в 1 мвт.
Так, мощность в 10 — 9 вт может быть представлена как мощность, находящаяся на 60 дб ниже 1 мвт. Эту величину мощности можно ааписать иначе: — 60 дбмвт. Для наглядности и для облегчения расчетов в приложении 2 дана таблица числовых перехо дов от децибелов к натуральным отношениям. Полезно всегда помнить несколько простых соотношений: 3 дб соответствуют изменению мощности в 2 раза; 6 дб то же 4 раза; 10 дб >> 10 раз; 20 дб Э 100 раз, Пользуясь только этими цифрами, можно, не прибегая к расчетам по логарифмической линейке или по таблицам, найти, что ослабление в 16 дб, т. е. 10 дб+6 дб, соответствует отношению мощностей, равному 10Х4=40. Ослабление 27 дб или иначе 30 дб — 3 дб соответствует отношению мощно10з стей, РавномУ вЂ” 500 и т д 2 Иногда потери выражают не в децибелах, а в неперах, исходя из натурального логарифма отношения напряженностей поля на входе и выходе линии.
1 =1п =И неи ~Евх! вых (5 24) Постоянная затухания а в этом случае выражается в неперах на метр или в производных единицах — миллинеперах на метр. Непер — более крупная единица, чем децибел. Соотношение между непером и децибелом легко установить, сравнивая выражения (5.23) и (5.24): 1 неп = 8,68 до. В технике СВЧ непер находит лишь ограниченное применение. в. Потери в волноводах прямоугольного и круглого сечений В случае низшей волны типа Н|о в прямоугольном волноводе расчеты по формулам (5.15), (5Л9) — (5.23) с использованием уравнений составляющих поля (3.59) — (3.62) приводят к следующему уравнению для постоянной затухания (здесь и далее знак приближенного равенства для сокращения записи опущен): (5.25) где е и р — относительные диэлектрическая и магнитная проницаемости диэлектрика, наполняющего полость волновода. Обычно на практике приходится иметь дело с волноводами, выполненными из неферромагнитного материала, т.
е. р „—=- 1. В этом случае, полагая е и р диэлектрика равными единице и учитывая, что (/,Р) ц, = 2а,, получаем: Круглый волновод из немагнитного металла, возоужденный на волнах типов Н1~ и Но~, в случае воздушного наполнения имеет постоянную затухания, описываемую уравнениями Здесь Р обозначает радиус волновода; ~„р определяется уравнениями (4.54) и (4.55); о„— удельная объемная проводимость материала стенок, измеренная на постоянном токе и выраженная в сименсах на метр (ом 'м ') . Величина удельной проводимости наиболее распространенных проводников приведена в приложении 3. Умножая величину п, определяемую уравнениями (5.26)— (5.28), на коэффициент 8,68, нетрудно вычислить потери в децибелах на метр.
Именно эта величина и указывается обычно при рассмотрении потерь в волноводах. На рис. 5.8 приведены графики потерь в стенках прямоугольного волновода при волне типа Н1о, рассчитанные по уравнению ~5.26). Материалом стенок являются медь с удельной проводимостью 5,8 10 . Аналогичные кривые для круглого волноам м' вода показаны на рис. 5.9.
Эти графики показывают, что при приближении к критической частоте потери в волноводах резко возрастают. На достаточном удалении от критического режима потери сравнительно невелики. Дальнейшее повышение частоты приводит к медленному росту затухания. Опыт показывает, что реальные потери в стенках близки к расчетным, но превышают их на 15 — 20% в зависимости от качества обработки внутренних поверхностей волновода. Чем больше микронеровности стенок, тем длиннее путь высокочастотных токов и тем быстрее происходит затухание волны.
Толщина поверхностного слоя, по которому текут токи, уменьшается с ростом частоты колебаний, поэтому шероховатость стенок сильнее сказывается на более коротких волнах. Практически к качеству внутренних поверхностей волноводов в диапазоне сантиметровых волн предъявляются требования обработки по 8 — 10 классам чистоты поверхности, предусмотренным ГОСТ 2789 — 59*. Следует также учиты* Согласно ГОСТ 2789 — 59, при чистоте поверхности, соответствующей 8 и 10 классам, средняя высота неровностей не должна превышать соответственно 3,2 и 0,8 мкм.
1И Рис. 5.8. Расчетная зависимость потерь в стенках прямоугольного волновода при волне ти- па Н~0 от частоты колебаний ОЛ Рис. 5.9. Расчетная зависимость потерь в стенках круглого волновода при волнах типов Е01, Бц и Н01 от частоты. Диаметр волновода при- нят равным ЗО мм вать, что потери заметно растут при наличии швов в стенках волновода. С этой точки зрения, как указывалось в ~ 3.7, предпочтение следует отдать бесшовным цельнотянутым волноводным трубам.
В некоторых случаях находят применение волноводы, изготовленные методом электролитического осаждения металла. Снижению потерь способствует применение электрохимической полировки внутренних поверхностей волноводных линий. Для иллюстрации величины потерь в волноводах можно указать, что медный волновод прямоугольного сечения 34Х72 мм на частоте 3000 Мг~ обладает потерями около 0,02 дб/л. На этой же частоте коаксиальный кабель РК-75-9-13 с полиэтиленовым наполнением (см.
приложение 1) имеет потери, равные 0,8 дб/м. Следовательно, при длине 10 м ослабление в волноводе составляет 0,2 до, т. е. менее 5о~о по мощности. Потери же в кабеле при той же длине составят 8 дб, что соответствует поглощению около 84 о~о передаваемой мощности. Таким образом, наглядно выявляются преимущества волновода как линии с малыми потерями. Рассматривая волну типа Ня в прямоугольном волноводе, можно заметить, что затухание растет при уменьшении сечения (см.
рис. 5.8). С физической точки зрения рост затухания можно объяснить следующим образом. Мощность, передаваемая по волноводу, пропорциональна площади его поперечного сечения. Мощность же потерь в стенках должна быть в первом приближении пропорциональна периметру поперечного сечения. Следовательно, постоянная затухания пропорциональна отношению периметра и площади сечения. Величина а стремится к бесконечности, если размер Ь уменьшается до нуля. Это обстоятельство учитывается при выборе размеров стандартных сечений волноводов, рассматриваемых в ~ 5.6.
Общий ход затухания в круглых волноводах в зависимости от частоты сходен с аналогичными зависимостями для прямоугольных волноводов. Аномальными свойствами обладает лишь волна типа Но1, рассмотренная в ~ 4.3. Затухание этой волны, падая по мере удаления от критической частоты, не проходит через минимум, а асимптотически стремится к нулю при неограниченном росте частоты. Причиной этого является существование только поперечных (кольцевых) токов у волны типа Но~, величина которых убывает с ростом частоты, т. е. с увеличением отношения —. г. Роль потерь в передающих линиях СВЧ Величина потерь непосредственно определяет эффективность передачи энергии по передающим линиям СВЧ. Обозначим коэффициент полезного действия линии через и.
в. Лебедев живых — р ~5,29)' Как известно из физики, все тела, находящиеся в термодинамическом равновесии и поглощающие излучение в некотором диапазоне частот, сами являются источниками теплового некогерентного излучения в том же диапазоне. Таким образом, стенки всякой передающей линии, имеющей конечные потери и находящейся при абсолютной температуре Т>0, являются источником теплового (шумового) излучения СВЧ диапазона~ накладывающегося на принимаемый СВЧ сигнал и маскирующего его на фоне помех. Обозначим через А коэффициент поглощения рассматриваемой линии, равный ~ вх Рвых А — — 1— (5 ЗОЪ не в децибелах, ЗДесь Еабс — абсолютнаЯ величина потеРь, выРаженнаЯ а в виде отношения входной и выходной мощностей: ° вх 2~ ~абс = и вых Сравнивая выражения (5.29) и (5.22), нетрудно найти, что при потерях Ь, равных 0,5 дб, к.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
