sazonov_d_m__antenny_i_ustroistva_svch_1 988 (561328), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Достигнутые значения коэффициентов затухания волоконно-оптических линий составляют 3 — 5 дБ/км. В качестве возбудителей волоконно-оптических линий используют светодиоды или полупроводниковые лазеры, На приемных концах волоконно-оптических линий применяют светоприемные р-гчп-диоды с хорошим быстродействием и высокой чувствительностью или светоприемные лавинно-пролетные диоды, обеспечивающие усиление принятых сигналов. Волоконно-оптические линии передачи обеспечивают очень широкие полосы рабочих частот, идеальную помехозащищенность, практически полную развязку между каналами.
Успешно происходит разработка элементов тракта на волоконных линиях: многоканальных разъемных соединителей, направленных ответвителей, коммутаторов, фильтров и др. Все шире начинают внедряться так называемые одномодовые волоконно-оптические линии передачи, работа|ощие в режиме одного типа волны. Это оптические волокна диаметром 3 — 5 мкм, практически свободные от дисперсии. На регулярном участке любой линии передачи электромагнитное поле. распространяющейся волны выбранного типа представляет собой суперпозицию (наложение) падающей и отраженной волн.
Падающей волной называют бегущую волну, создаваемую генератором и движущуюся в сторону возрастания продольной координаты К. При временнбй зависимости монохроматических колебаний е~"' любой компонент электромагнитного поля падающек волны зависит от продольной координаты по закону е-~", где у= =р — /а — комплексный коэффициент распространения; а — коэффициент затухания, Нп/и;,р — коэффициент фазы, и — '. Коэффициент фазы, в свою очередь, связан с длиной волны в линии передачи Х, и фазовой скоростью оф известным соотношением $=2п/Х,= =ы/ов.
Напомним, что длину волны в линии передачи определяют как расстояние, на котором фаза бегущей волны изменяется на 2п. Отраженной называют бегущую волну, порождаемую нагрузкой или нерегулярностью и движущуюся в направлении, обратном направлению падающей волны. Любой компонент поля отраженной монохроматической волны в линии передачи характеризуется продольной зависимостью е~'г. Как падающая, так и отраженная волны переносят вдоль линия передачи электромагнитную мощность. В электродинамике установлено, что распространяющиеся падающая и отраженная волна являются ортогональными. Зто означает, что активная мощность, переносимая каждой волной, не зависит от присутствия другой Р„= Йе(~ (Е„К„1 дЬ), (1 4) где Е„и Й вЂ” векторные функции распределения действующих значений напряженностей электрического и магнитною полей падающей волны в рассматриваемом сечении линии передачи; оЬ= =пд5 — векторный элемент площади поперечного сечения Я.
Открытые линии передачи имеют бесконечное сечение, и поэтому для них интеграл в (14) становится несобственным. Однако напряженности полей в открытых линиях передачи быстро уменьшаются при удалении от направляющей системы проводников н диэлектриков, поэтому интеграл сходится и имеет конечное значение. Мощность отраженной волны Р, определяется формулой аналогичной (1.4), с заменой функций Йп и Н„на функции Е, и Н„отличающиеся от Е„и Н только коэффициентом пропорциональности. Описание электромагнитного поля в линии передачи с помощью векторных функций Е(оь оь $) и Н(оь оь'я) (о~ и оэ — координаты в плоскости поперечного сечения) содержит в себе гораздо больше информации, чем может потребоваться при расчете и проектировании тракта.
В самом деле, при создании трактов интересуются главным образом передаваемой мощностью, соотношением между отраженной и падающей мощностями, а также фазовыми задержками и ослаблением мощности на участках линий передачи определенной длины. Именно эти параметры (мощность, коэффициенты передачи и коэффициенты отражения) легко определить экспериментальным путем, тогда как измерение компонентов электромагнитного поля и функций их распределения сопряжено со значительными трудностями.
Подробности структуры полей, распределения и направления векторов поля после того, как выбран конкретный тип линии передачи, имеют уже второстепенное значение, и при проектировании тракта эти факторы желательно исключить. Достигается это построением универсальной математической модели в виде эквивалентной длинной линии, В эквивалентной длинной линии векторные функции распределения полей в поперечных сечениях заменяются интегральными (усредненными) мерами электромагнитного поля — эквивалентными нормированными напряжениями падающей и отраженной волн. Нормированные на- волны, движущейся навстречу первой.
Активная мощность, перено- симая падающей волной, определяется интегралом от вектора Пойн- тинга этой волны по поперечному сечению линии передачи [см, фор- мулу (П.7) приложения1: пряжения падающей и отраженной волн вводятся с помощью фор- мул М (С) '«/Р Е и Š— /11 и (0)Š— /(1 г й,(() — )» /э,е"~ е/11 — па(о) еА. (!.5> Согласно (1.5), модули нормированных напряжений падающей и отраженной волн представляют собой квадратные корни из соответствующих мощностей и поэтому имеют размерность )» Вт.
Фазы нормированных напряжений падающей н отраженной волн принимают равными фазам поперечных компонентов электрического поля для соответствующих волн. Для уяснения понятий нормированных напряжений бегущих волн обратимся к примерам. Пример 1, Коакснальный волновод с Т-волной (рис. 1.13). Волне этого типа характеризуется критической частотой ю р — — О. В поперечном сечении существуют только составляющие полей Е, н Н„, характеризующиеся одинаковым радиальным распределением: 1/г, Отношение поперечных состаэляклцих Е, н Н образует характеристическое сокротиэлекие Я =Е,/Н„. Зля Т-волн незавйсямо т от конфигурации проводников в поперечном сечений линии передачи характеристическое сопротивление определяется только параметрами однородного магнитодизлентрнческого заполнения линии: Е = )'ри/еи* Модуль вектора Пози° т тингз для бегущей Т-волны в коаксиальном волноводе Етан Лх П„(г) = — —, 4гт с где Е .* — действующее значение радиальной составляющей напряженности электрического поля окало поверхиостн внутреннего проводника при г=Л/2 (индекс шах указывает, что это наибольшая величина внутри площади поперечного сечения).
Используя формулу (1.4), получаем ~те ож 1«/т Ема Л 1 1' Г бг»1 т1 . »т1п(Е«/Л) 2гс (1 бр г о ам Прммер й. Прямоугольный волиовод с волной типа Нм (рис. 1Л4). Электромагнитное поле волны этого типо характеризуется наличием трех компонентов: Е„„ Н н Но Поперечные компоненты Ет н Н имеют одинаковую функцию распределения з!п(пх/а) э поперечном сечения, причем в паданацей Н-волне в любом полом волноводе отношение поперечных компонентов й» н Н» одинаково в кажлой точке поперечного сеченив и равно характеристическому сопротивлению волны: н 1/» «'а 1» -~/ «'а ~1 ( "о )з~-'/т где е и Ич — диэлектрическая н магнитная проницаемость заполняющего волно:вод диэлектрика; )»э — длина волны генератора; ккр — критическая длина волны .с учетом диэлектрического заполнения.
Модуль вектора Пойнтннга для бегущей волны Нм найдем по формуле и = (Ет „/Лн) а(пт(пх/а), где Ев т — действующее значение напряженности злектрнческого поля на оси волиовода, т. е. в пучности поперечного распределения. Используя формулу (1.4). получаем з а г/т во Е~, Ла р л Х к/е ю/я с Рнс. 1.14. Прямоугольный вол- новод с волной типа Нм Рнс. 1.13. Коакснальиый волновод с Т-волной Коэффициент отражения. Отношение поперечных компонентов электрического поля для падающей и отраженной волн в одной и той же точке поперечного сечения линии передачи называется коэффициентом отражения по электрическому полю: рв — — Е1 о/Ю~ . Так как нормированные напряжения падающей и отраженной волн в соответствии с формулой ().5) фактически пропорциональны поперечным компонентом соответствующих электрических полей и имеют одинаковые с ним фазы, то коэффициент отражения для нормированных напряжений р=и /и всегда совпадает с коэффициентом отражения по электрическому полю ри.
Используя продольные зависимости напряжений падающей и отраженной волн, легко установить закон изменения коэффициента отражения от одного сечения линии передачи к другому: ' (еь) о Р (О) е /11 йв (й) йе (О) Е/тг йа(й) й„(0) е /тг ().7) Здесь р(О) — коэффициент отражения в сечении $=0; у=р — )а— коэффициент распространения для рассматриваемого типа волны.
Заметим, что наряду с продольной координатой й, направленной от генератора к нагрузке„ часто используют продольную координату 1, направленную в противоположную сторону (рис. 1.!5). В этом случае продольная зависимость коэффициента отражения имеет вид р(!) =р(0)е-вгн.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
