Н.С. Голубева, В.Н. Митрохин - Основы радиоэлектроники сверхвысоких частот - 2008 (1261905), страница 35
Текст из файла (страница 35)
При этомметаллические экраны являются нежелательными, так как вызьmают перекрестнуюсвязь между волнами различньIХ типов, к тому же затухание диэлектрических волноводов возрастает за счет потерь в экране. Наилучшие результаты дает экранировка с помощью поглощающих труб. Диаметр этих труб должен быть таким, чтобы незахватьmать область распространения энергии вокруг диэлектрика.В настоящее время диэлектрические волноводы ограниченной длины используются в качестве диэлектрических антенн, а также для построения различных функциональных узлов: направленных ответвителей, мостов, аттенюаторов, эталонных нагрузок, фазовращателей, резонаторов и т.
д. В качествелиний передачи диэлектрические волноводы используются сравнительно редко. Применение диэлектрических волноводов наиболее перспективно в миллиметровом диапазоне волн, где они по сравнению с другими типами волноводов имеют ряд преимуществ, прежде всего простоту и дешевизну производства. Применяются диэлектрические волноводы также в субмиллиметровом иоптическом диапазонах. В области очень коротких электромагнитных волн,соответствующей дальнему инфракрасному и световому диапазонам, диэлектрический волновод является единственной приемлемой одноволновой и регулярной линией передачи.Однопроводные линии с поверхностной волной. Электромагнитные волны замедляются не только диэлектриками, но и проводниками.
Поверхностнаяволна может распространяться также вдоль однопроводной линии передачи, если выполнено одно из следующих условий:5. Вошюводы2281) линия имеет отличное от нуля поверхностное сопротивление;2) идеальный проводник покрыт тонким слоем диэлектрика (линия Губ6);3) идеальный проводник выполнен в виде гребенчатой структуры;4) идеальный проводник свит в спираль.Если провод является идеально проводящим, то распространение волнывдоль него происходит со скоростью света с. При этом вся энергия волны находится в окружающем проводник пространстве.Провод конечной проводимости.
При конечной проводимости проводачасть энергии распространяется внутри него, волна замедляется и приобретаетповерхностный характер (в направлении, перпендикулярном линии передачи,амплитуда поля убывает по экспоненте). Практически достаточно, чтобы конечную проводимость имел поверхностный слой провода, больший, чем глубинапроникновения поля в проводник. Его можно рассматривать как диэлектрический стержень, имеющий комплексную диэлектрическую проницаемость_ta)гдеcr1 -= ta) -.cr1J-,(1)удельная проводимость среды.Формулы, характеризующие распространение волн вдоль проводника с конечной проводимостью, можно получить из формул для диэлектрического волновода путем замены Е1 на Е1.Сказанное позволяет сделать следующие вьmоды.
Вдоль проводника с конечной проводимость могут распространяться симметричные волны электрическогои магнитного типов, а также несимметричные гибридные волны. Однако в отличие от диэлектрического волновода основной является волна типа Ео 1 , имеющаянулевую критическую частоту. Структура поля этой волны показана на рис.
5.28.Волна Е01 близка к волне идеально проводящей однопроводной линии. Продольная составляющая вектора Е в сравнении с поперечной чрезвычайно мала.Высшие типы волн однопроводной линии из реального проводника испытывают очень сильное поглощение, поскольку их поля в основном сосредоточеныв проводнике; они не имеют практического значения .Радиальная протяженность поля в окружающем пространстве может бытьзначительно уменьшена, если металлический провод покрыт тонким слоем ди-Рис.5.28.
Структура поля волны Е015.9. Волноводы с зам.едленной фазовой скоростью направляемых волн6аРис.5.29.229Металлический проводник, покрытый слоем диэлектрика (а), ив виде гофрированной структуры (б):1Еа2слой диэлектрика с параметрами Е01 ,= Ео ,µа2µа, ;2-внешняя среда с параметрами= µоэлектрика или поверхность провода выполнить в виде гофрированной структуры(рис. 5.29). Коэффициент замедления в первом случае определяется тоmцинойдиэлектрика, а во втором -глубиной канавок.Линия с диэлектрическим покрытием. Задача о свободных колебаниях втакой системе решается методом частичных областей.
Поперечное сечениепредставляется в виде двух частичных областей1и2.Продольные составляющие полей в частичных областях записываются следующими формулами:•для области1 (а<< Ь)rEz1 = A1[lт (kc, r)Nт (kc, а)- N т (kc, r)J т (kc, а)];Н zl•для области 2= A2[Jт (kc, r)N',,, (kc,a) -N т (kc, r)J',,, (kc1 a)] ;(r ~ Ь)Ez2 = АзКт (kс 2 r);H z2 =гдеkc,=-Jffi2 Ea Jµal -~2;kc = ✓~ 2 2~Kт(kc 2 r),2ffi Ea2µ a2 •Выражения для остальных составляющих полей определяются формулами(5.59).Постоянную ~ определяем из условия равенства тангенциальных составляющих полей на границеr=Ь.Основными волнами линии с диэлектрическим покрытием являются поверхностные волны типов Е01 и (НЕ) 11 , не имеющие отсечек.Затухание поверхностной волны в линии определяется потерями в металле идиэлектрике.
Линии с диэлектрическим покрытием имеют несколько большеезатухание, чем линии без покрытия.Гофрированный стержень. Одним из параметров, характеризующих поверхностную волну, является поверхностное сопротивление, равное отношениюкасательных составляющих электрического и магнитного полей на границе раздела. Это чисто реактивное сопротивление, индуктивное и емкостное соответственно для поверхностных волн электрического и магнитного типов.5.
Вошюводы230Существуют различные способы создания реактивного поверхностного сопротивления. Например, можно прорезать канавки в металлической поверхности, как показано на рис.5.29. Каждуюканавку гофрированной структуры можно рассматривать как короткозамкнутый отрезок линии длиной/.Еслиl < ')J4,еевходное сопротивление чисто реактивное и носит индуктивный характер. Вдольгофрированной структуры распространяется поверхностная электрическая волна.
При')J4 < l < ')J2 входное сопротивление канавки является емкостным.t ::::: d (ребристый стержень) можноДля расчета гофрированного стержня прииспользовать приближенный метод , применявшийся ранее для расчета диафрагмированного волновода.Не приводя расчетных формул, отметим основные свойства гофрированных(ребристых) стержней:1)в гофрированном стержне, как и во всякой периодической структуре открытого типа, поверхностные волны существуют лишь при условии лл-длина волны в свободном пространстве, аd-> 2d, гдепериод структуры; так жедолжно быть Ас > 2d;2)симметричные поверхности волнь1 могут быть только электрическими:симметричных магнитных волн не существует. Несимметричные поверхностныеволны являются гибридными;3) поверхностные волнь1 с индексами т = О и 1 существуют при глубине канавок l < ')J4_ При ')J4 < l < ')J2 они отсутствуют;4) симметричная электрическая волна и несимметричная волна низшего типане имеют отсечки со стороны длинных волн (что весьма существенно для использования гофрированного стержня в качестве линии передачи).
Однако для каждойиз них существует отсечка (срьm колебаний) со стороны более коротких волн;5) несимметричная волна с индексом т = 2, 3, ...существует при глубине канавок, значение которой находится между некоторыми минимальным и максимальным значениями, зависящими от типа волны и частоты, т. е. волна имеет две отсечки.Гофрированные стержни(t ~ d)используются в качестве антенн, создающихнаправленное излучение в дециметровом и метровом диапазонах волн, где рупоры и параболические зеркала должны иметь весьма большие размеры и поэтомунеудобны. При этом используется простейшая несимметричная волна, дающаямаксимум излучения в направлении распространения. Симметричная электрическая волна для этой цели неприменима, так как ее излучение вдоль оси стержняравно нулю.Полосковая линия. Полосковая линия, как несимметричная, так и симметричная, состоит из нескольких изолированных друг от друга металлических проводников (рис.5.30).Следовательно, низшим типом волнь1 в этой линии является Т-волна.Строгий анализ структуры полей в полосковой линии весьма сложен.
Ограничимся приближенным рассмотрением этого вопроса путем сопоставления полосковой и коаксиальной линий, основанным на том, что полосковую линиюможно рассмотреть как деформированную коаксиальную линию.5.9.Волноводы с зам.едленной фазовой скоростью направляемых волн231,'jfjjбаРис.а-5.30. Полосковая линия передачи:несимметричная ; б -симметричная;1-диэлектрик;2-полосковый проводникПоскольку поперечное волновое число у Т-волны равно нулю независимо отразмеров и формы поперечного сечения направляющей системы, то при деформировании поперечного сечения коаксиальной линии тип волны в ней не меняется. Меняется только форма силовых линий электрического и магнитного полей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
