 |
Выбор типа волновода и размеров его сечения
|
|
|
|
При проектировании волноводных линий передачи необходимо обеспечить выполнение целого ряда требований. Основные из них:
1) работа на основном типе колебаний;
2) наивысшая предельная мощность;
3) минимальный коэффициент затухания;
4) работа в диапазоне частот.
Помимо перечисленных электрических параметров при проектировании волноводов следует учитывать конструктивно-экономические факторы: габариты поперечного сечения волновода; погонный вес, т. е. вес отрезка волновода единичной длины; погонную стоимость, т. е. стоимость отрезка волновода единичной длины. Кроме того, конструкция должна обеспечивать надежное соединение отдельных участков тракта, удобство сборки и разборки его, а также позволять выполнение изгибов или поворотов. Перечисленные требования определяют выбор типа волновода и типа волны, а также выбор размеров и формы поперечного сечения. При этом указанные выше электрические требования являются в известной мере противоречивыми, поэтому при выборе размеров волновода идут на разумный компромисс между ними. Можно дать следующие рекомендации по выбору типа волновода, основываясь на практическом опыте.
Прямоугольные волноводы целесообразно применять для передачи больших мощностей в диапазоне волн короче 70 см. На более длинных волнах такие волноводы становятся чрезмерно громоздкими, а их стенки недостаточно жесткими.
Короткие отрезки круглых волноводов в сантиметровом диапазоне используются в устройствах с управляемым положением плоскости поляризации, а также при построении вращающихся сочленений между подвижной и неподвижной частями тракта. В миллиметровом и сантиметровом диапазонах круглые волноводы могут применяться для передачи энергии на большие расстояния с малыми потерями (волна H01),
|
|
|
П-и Н-образные волноводы применяются в сантиметровом диапазоне и рассчитаны на пропускание широкой полосы частот (до четырех октав). В качестве линий передачи обычно используются Н-волноводы; П-волноводы более пригодны для изготовления переходов от прямоугольного волновода к коаксиальной и полосковой линиям.
Диэлектрические волноводы нашли практическое применение благодаря освоению миллиметрового и светового диапазонов волн. В области малых замедлений диэлектрические волноводы применяются для передачи энергии на значительные расстояния (десятки метров). В области больших замедлений на миллиметровых волнах их удобно применять в качестве гибкой линии передачи. Отрезки круглых диэлектрических волноводов широко используются в качестве излучающих элементов антенн бегущей волны.
Выбор внутренних размеров волновода
Для прохождения по волноводу радиоволн того или иного типа колебаний необходимо, чтобы, с одной стороны, рабочая длина волны (длина волны генератора) была меньше критической длины волны выбранного рабочего типа колебаний, а с другой - больше критической длины волны ближайшего высшего типа колебаний. Таким образом, исходным при выборе размеров волновода является условие
где λ - рабочая длина волны;
- критическая длина волны выбранного рабочего типа колебаний;
- критическая длина волны ближайшего высшего типа.
Условие (10. 5) справедливо для волноводов любой формы поперечного сечения.
В случае прямоугольного волновода передача энергии осуществляется с помощью волны основного типа 
. Преимущества работы с такой волной следующее:
1) при неизменных размерах волновода волна имеет наибольшую критическую длину волны и наименьшее потери энергии в стенках по сравнению с другими типами волн;
|
|
|
2) размеры поперечного сечения получаются наименьшими.
Для того чтобы в волноводе распространялась только волна типа , размер широкой стенки а ДОЛЖЕН быть выбран с учетом условия (10. 5):
где 
- критическая-длина волны основного типа колебаний ;
- критическая длина волны ближайшего высшего типа колебаний 
.
Разрешая последнее неравенство относительно а и вводя некоторый запас, находим 0. 6 λ < а < 0. 9 λ .
Для получения малых потерь в волноводе, большой пропускаемой мощности и работы в полосе частот размер а следует выбирать близким в середине указанного интервала (а≈ 0, 72λ ).
Критическая длина волны не зависит от высоты волновода b. Однако от этого размера зависит возможность распространения волны типа 
. Чтобы данный тип колебаний не мог распространяться по волноводу, необходимо, чтобы 
или 2b < λ т. е. 
.
При выборе размера b следует учитывать, что уменьшение его приводит к увеличению затухания в волноводе и уменьшению пропускаемой мощности. Обычно b ≃ 0, 5 а ≃ 0, 36 λ.
Аналогично определяют размеры круглого волновода с основным типом волны 
. Ближайшим к волне высшим типом колебаний является волна 
. Поэтому условием распространения только основного типа колебаний является следующий выбор радиуса круглого волновода 
: 
, или 
, откуда 
.
После определения размеров поперечного сечения волновода и округления полученных значений до ближайших стандартных по каталогам выбирают стандартный волновод.
В качестве примера в табл. 10. 4 и 10. 5 приведены основные параметры для нескольких типов стандартных прямоугольных и круглых волноводов.
Таблица 10. 4
| Обозначение типа волновода | Наружные размеры волновода, мм | Толщина стенок, мм | Расчетная Длина волны, см | Предельная мощность, МВт | Постоянная затухания, дБ/м | Рабочий диапазон длин волн, см |
| R 32 R 100 R 220 | 76, 2 x 38, 1 25, 4 x 12, 7 12, 7 x 6, 35 | 1. 27 1. 015 | 10, 00 3, 20 1. 25 | 10, 5 0, 99 0, 22 | 0, 0199 0, 117 0, 346 | 7, 30-13, 0 2, 30-4, 10 1, 07-1, 90 |
Таблица 10. 5
| Обозначение типа волновода | Внутренний диаметр, мм | Расчетная длина волны, см | Предельная Мощность, МВт | Постоянная затухания, дБ/м | Рабочий диапазон длин волн, см |
| С25 С76 | 77, 2 25, 7 | 3, 2 | 16, 6 1, 57 | 0, 014 0, 085 | 10, 0-11, 7 3, 18-3, 64 |
|
|
|
Сравнение данных табл. 10. 4 и 10. 5 показывает, что круглые волноводы на основном типе волны имеют большую пропускаемую мощность и меньшее затухание, но по сравнению с прямоугольными волноводами обладают более узким диапазоном длин волн, в пределах которого может распространяться один тип колебаний.
С укорочением длины волны (см. табл. 10. 4 и 10. 5) размеры поперечного сечения волноводов уменьшаются; при этом потери возрастают, а предельная мощность резко падает.
В целях уменьшения затухания и увеличения 
можно значительно увеличить размеры поперечника волновода, при которых по волноводу смогут распространяться несколько типов колебаний (мод). Такие волноводы называются многомодовыми и представляют интерес при многоканальной передаче сигналов на большие расстояния, особенно в миллиметровом диапазоне волн.
|
|
|
