sazonov_d_m__antenny_i_ustroistva_svch_1 988 (561328), страница 6
Текст из файла (страница 6)
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 волвовода.
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. Амплитуда поля такой волны резпго спадает по экспоненциальному закону при удалении от диэлектрика.
Это позволяет ограничить поперечный размер металлических пластин и сделать линию компактной. Волоконно-оптические линии передачи. При переходе в субмиллиметровый и оптический диапазоны длин волн традиционные линии передачи становятся непригодными из-за возрастания потерь и трудностей изготовления. Наибольшее распространение в этих диапазонах получили волоконно-оптические линии передачи, представляющие собой многомодовые диэлектрические волноводы в форме нитей толщиной около 150 мкм (это сотни длин волн этого диапазона!) из особо чистого кварца, обладающего ничтожными потерями в диапазоне оптических волн.
Действие волоконно-оптических линий основано на распространении световой энергии в кварцевом волокне в результате полного внутреннего отражения. а1 а) Рис. 1.12. Волокоииые световолы со ступенчатым (а) и плав. иым (о) иамеиением ковффипиеита преломлеиии Для устранения потерь света на нерегулярностях поверхности волокна граница полного внутреннего отражения должна быть смещена внутрь волокна.
Это достигается созданием ступенчатой или плавной радиальной неоднородности оптического коэффициента преломления. Необходимое изменение коэффициента преломления и кварцевой нити вдоль радиуса (рис. 1.12) обеспечивается внесением легирующих примесей, в качестве которых используют оксиды бора, фосфора и других элементов.
При изменении частоты трассы распространения лучей внутри волокна изменяются так, как показано на рис. 1.12. Это приводит к дисперсии, вызывающей искажения прн передаче широкополосных сигналов. Дисперсия проявляется слабее в оптических волокнах с плавным изменением коэффициента преломления по радиусу и может быть уменьшена выбором закона этого изменения. Оптические волокна покрывают лаком, обеспечивающим прочность и защиту от внешних воздействий, и укладывают в общий жгут, образующий многожильный волоконно-оптический кабель. Затухание в регулярных волоконно-оптических линиях определяется только диэлектрическими потерями. Современная технология по- зволяет получить кварцевое волокно с исключительно высокой прозрачностью и осуществлять точно контролируемое внесение легирующих примесей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
