Главная  Коаксиальные и полосковые линии (СВЧ) 

1 [ 2 ] 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37

метровом диапазонах приходится делать несколько волноводов стандартных поперечных сечений, снабжая каждый из них комплектом измерительной аппаратуры.

В последние годы все шире применяется сравнительно новый тип передающих линий - так называемые полосковые или ленточные линия. Как показано на рис. Л,е, ж, оии состоят из металлических лент, пространство между которыми может быть заполнено твердым диэлектриком или воздухом. Хотя ленточные волноводы нельзя назвать полностью экранированными, излучение из них невелико. Эти линии более широкополосны, чем волноводы, имеют меньшие габариты и очень просты в изготовлении. Достаточно сказать, что в радиолюбительской практике их можно изготовить, имея металли--скую фольгу, листовой диэлектрик, ножницы и клей. В промыш-iiCHHOCTH для изготовления целых узлов и схем на ленточных линиях широко используют технологию изготовления печатных схем.

Существенным недостатком ленточных линий является невозможность передачи по ним больших мощностей. Однако б миллиметровом диапазоне полосковые волноводы с диэлектрическим заполнением по сравнению с полыми волноводами с воздушным заполнением допускают пропускание большей мощности в импульсе.

При рассмотрении всех видов волноводов основное взимание будет обращено на физику явлений и некоторые конкретные примеры их практического использования.

Для понимания процессов, происходящих в волноводах, необходимо напомнить физическую картину распространения электромагнитных волн, а также указать основные параметры, которыми характеризуется волновое движение.

Изменение электрического поля в какой-либо точке пространства всегда сопровождается появлением изменяющегося магнитного поля, и наоборот. Оба поля существуют одновременно и совместно, образуя единое электромагнитное поле. Изменения электрического и магнитного полей в распространяющейся в свободном пространст--ве электромагнитной волне вдали от источника излучения совпадают по фазе, т. е. нарастанию одного поля соответствует яарастание другого, и максимума амплитуд они достигают одновременно. Кроме гото, силовые линии электрического и магнитного полей в такой волне взаимно перпендикулярны в пространстве. Магнитные силовые линии -всегда являются замкнутыми линиями, а электрические силовые линии чаще всего идут от заряда одного знака к заряду другого знака (направлены от положительного заряда к отрицательному) и также являются замкнутыми линиями. Если в какой-т. точке пространства возникли электромагнитные колебания, то электромагнитное поле будет перемещаться от этой точки в направлении нормали к плоскости, в которой расположены силовые линии электрического и магнитного полей.

Движущееся электромагнитное поле есть электромагнитная волна. Сила F, с которой поле действует па неподвижные электрические заряды, характеризуется величиной, называемой напряженностью электрического поля Е

F = 9E,

где д - величина заряда.

Напряженность поля является вектором, т. е. направленной величиной, .которая имеет не только числовое значение, но опреде-данное направАение,



Относительное расположение в пространстве векторов напряженности электрического поля Е и магнитного поля Н и скорости движения электромагнитной волны v определяется правилом буравчика (рис. 2,0;). Если вращать буравчик кратчайшим путем от Е к Н, то его поступательное движение совпадет с направлением распространения электромагнитной волны, т. е. с направлением вектора v Такая электромагнитная волна называется плоской поперечной. Ее принято обозначать тремя буквами: ТЕМ (буква Т является начальной буквой английского слова transverse, переводимого на русский


У®

Рис. 2. Взаимное расположение векторов напряженности электрического и магнитного полей и вектора скорости распространения электромагнитной волны.

язык словом поперечный ). Волны типа ТЕМ распространяются вдоль открытой двухпроводной и в коаксиальной линиях, а также в свободном пространстве вдали от источника излучения. На рис. 2 показать! два способа обозначения полей на чертежах. В первом случае направления Е, Н и v совмещают с осями прямоугольной системы координат (рис. 2,а). Во втором случае (рис. 2,6) только два из трех векторов лежат в плоскости рисунка, а направление третьего указывается или точкой (вектор аправлен перпендикулярно плоскости чертежа к наблюдателю), или крестиком (вектор направлен от наблюдателя).

Скорость распространения плоской электромагнитной волны в свободном пространстве v равна скорости света c=3-il0 м/с, а в какой-либо среде

где е и [Л - относительные диэлектрическая и магнитная проницаемости среды соответственно.

Если На пути распространения электромагнитной волны встречаются среды с различными свойствами, то на границе раздела этих



Кед напряженности электрического и магнитного полей долгкны овлетворять так называемым граничным условиям. -В частности, если пренебречь потерями, то на границе воздуха с металлом электрическое поле всегда перпендикулярно, а магнитное поле параллельно металлической поверхности.

ВОЛНОВОДЫ ПРЯМОУГОЛЬНОГО и КРУГЛОГО ПОПЕРЕЧНЫХ СЕЧЕНИЙ

ПОЛЯ и ВОЛНЪ! в ВОЛНОВОДАХ

Распространение электромагнитных волн, классификация типов волн. Поперечная электромагнитная волна в волноводе распространяться не может. В полом волноводе нет внутреннего проводника, и замкнутые магнитные силовые линии, лежащие в плоскости поперечного сечения волновода, должны охватывать продольное электрическое поле. Но в. поперечной волне нет продольного электрического поля. Если же электрическое поле поперечно, то оно должно охватываться силовыми линиями магнитного поля, расположенными в про-

дольной плоскости. Однако в поперечной электромагнитной волне ТЕМ должна отсутствовать продольная составляющая магнитного поля. Поэтому в волноводах распространяются другие типы волн, имеющие отличную от волны ТЕМ структуру электрического и магнитного полей.

Типы волн, которые могут распространяться в волноводах, можно разделить на два больших класса. К первому относятся Н-вол-ны ( аш -волны), у которых вектор напряженности магнитного поля Н наряду с поперечными имеет продольную составляющую, а вектор электрического поля расположен полностью в плоскости поперечного сечения волновода, т. е. имеет только поперечные составляющие. Поэтому Н-волны называют еще поперечно-электрическими обозначают ТЕ-волны. Другой класс волн составляю s Е-волны. У этих волн только вектор Е имеет продольную составляющую, а вектор Н полностью расположен в плоскости поперечного сечения волновода. Другое название Е-волн - поперечные магнитные волны, которые обозначаются как ТМ-волны.

Любой тип волны в прямоугольном волноводе может бытьпред-, ставлен в виде комбинации четырех, а в простейшем случае - двух

ТЕМ-волн, каждая из которых распространяется под некоторым углом а к продольной оси волновода, попеременно отражаясь от цротивоположных его стенок.

Рассмотрим сначала, что происходит с ТЕМ-волной при отражении ее от металлической плоскости, т. е. от какой-либо, одной стенки волновода. Обратимся к рис. 3, где показаны пути распространения двух ТЕМ-волн: падающей на плоскость и отраж-энной от нее. Это поможет объяснить распространение в волноводе наиболее широко используемой на практике волны типа Н. Плоскость, изображенная на рис. 3, будет правой боковой стенкой волновода, если волна распространяется ло нему слева направо, и мы смотрим вдоль этого направления.

Векторы Н и V расположены в плоскости рисунка, а вектор Е перпендикулярен ей. При таком расположении вектор напряженности электрического поля Е перпеидикулярен плоскости рисунка. Вектор Н имеет как продольную составляющую Hi, так и поперечную Нг.



1 [ 2 ] 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37