Файл: Романов, Стальмакова.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 08.08.2025

Просмотров: 326

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

1)Типы линий передачи энергии, их основные параметры. Дисперсионные свойства линий передачи.

Основные типы линий передачи:

•1– двухпроводная линия;

•

2

–

двухпроводная экранированная линия;

1

2

•

3

–

коаксиальная линия;

кГц

•4 – полосковая линия;

•5,6 – круглый и прямоугольный полые волноводы;

•7 – оптоволоконная линия передачи

Основные параметры:

6

3

5

7

f

МГц

4

ГГц

ТГц

•Тип волны. Передача мощности может производиться вдоль линии с помощью электромагнитного поля определенной конфигурации, представленной далее классификацией направляемых волн(поперечные волны или волны типа Т,

волны типа Н, волны типа Е, смешанные (гибридные ) типы волн ЕН и НЕ ).

•Постоянная распространения.

дБ

Неп

α

= 8,68α

м

м

Коэффициент затухания измеряется в Неперах на метр. В технических расчетах часто используют логарифмическую единицу - погонное затухание, измеряется в децибелах

•Характеристическое сопротивление. Этот параметр типа волны определяется как

отношение составляющих вектора поля E и H в поперечном сечении линии

R

&

Z

=

E

c

R

&

H

•Волновое сопротивление линии – характеристика, используемая при решении проблем согласования линий с устройствами СВЧ и другими линиями.

Определяется как отношение напряжения к току в линии в режиме бегущей волны.

В некоторых линиях эти напряжения и токи легко измерить, для других эти параметры достаточно абстрактны. Волновое сопротивление зависит от размеров линии и параметров диэлектрического заполнения.

•Фазовая скорость – связана с постоянной распространения. Определяет скорость перемещения фазового фронта вдоль линии.

•Длина волны в линии также связана с постоянной распространения.

•Диапазон рабочих частот – диапазон частот, в котором линия обеспечивает требуемые технические характеристики.

•Критическая частота – частота, начиная с которой начинает распространяться волна с заданным типом колебаний. Основная волна имеет низшую критическую частоту.

•Предельная мощность – мощность немного ниже мощности электрического

пробоя. Коэффициент запаса определяется при ее проектировании. Может быть ограничена как тепловым, так и электрическим пробоем.

Закон зависимости длины волны в линии передачи от длины волны в безграничной свободной среде называют дисперсионной характеристикой линии передачи.

λ

Λ

=

2π

=

2π

=

2π

ν

=

ω

=

ω

=

νф

β

β

фΛ

f

2

λ

2

f

2

f

2

кр

кр

кр

κ

1−

κ

1−

κ

1−

1−

f

f

f

λкр

зависимость фазовой скорости от частоты – дисперсия

2) Классификация направляемых волн: Н, Е, Т и гибридные волны. Условие распространения направляемых волн в линиях передачи. Длина волны, фазовая и групповая скорости, сопротивление волн, зависимость параметров от частоты.Концепция парциальных волн.

По структуре поля направляемые волны делятся на поперечные, электрические,

магнитные и гибридные.

1.Поперечными волнами, или Т-волнами (Т – первая буква английского слова transverse, что означает поперечный) называются волны, у которых векторы поля

E и H перпендикулярны направлению распространения волн, то есть не имеют

продольных составляющих. Для этой волны также используется термин TEM-

волна.

2.Электрическими волнами, или E-волнами, называются волны, у которых вектор E

имеет как поперечные, так и продольную составляющие, а вектор H имеет только поперечные составляющие, а продольная составляющая равна нулю. E-волны иногда называют поперечными магнитными или TM-волнами.

3.Магнитными волнами, или H-волнами, называются волны, у которых вектор H

имеет как поперечные, так и продольную составляющие, а вектор E имеет только поперечные составляющие, а продольная составляющая равна нулю. H-волны

называют еще поперечными электрическими волнами или TE-волнами.

Таким образом, электрические, магнитные и гибридные волны могут распространяться только на частотах, превышающих критическую частоту. Значение fкр

зависит от формы и размеров поперечного сечения линии и от типа направляемой волны.

Для поперечных T волн κ = 0 , отсюда λкр = ∞ и fкр = 0 , эти направляемые волны

не имеют частотного ограничения и могут распространяться вдоль линий на любых частотах.

β = κ2 −κ2

Длина волны в безграничной среде

λ =

2π

=

1

=

νф

.

(1.24)

κ

ω εaμa

f

Длина направляемой волны в линии передачи

λ

= 2π =

2π

=

2π

.

(1.25)

Λ

β

f

кр

2

λ

2

κ

1−

κ

1−

f

λкр

Фазовая скорость распространения волны в безграничной среде без потерь равна

ν

= ω =

1

=

c

,

(1.26)

ф

κ

ε

a

μ

a

εμ

Направляемая волна распространяется внутри линии передачи с фазовой скоростью

ν

=

ω

=

ω

=

νф

.

фΛ

β

f

2

f

2

кр

кр

κ

1−

1−

f

f

β

λ

2

ν

гр.Λ

=

= ν

1−

-групповая скорость

ωε

μ

λ

a

a

ф

ф

Для волны, свободно распространяющейся в безграничной среде без потерь,

сопротивление вычисляется по известной формуле

.

μa

Zc

=

=120π

μ

(1.32)

εa

ε

Характеристические сопротивления электрических и магнитных волн вычисляются

по формулам

Z H = ωμa = c β

Z E =

β

λ

2

= Z

1−

ωε

c

λ

Z

c

c

a

кр

λ

2

1−

λ

кр

(1.33)

Для поперечных T направляемых волн поперечное волновое число равно нулю κ = 0 , следовательно, λкр = ∞ и fкр = 0 .

концепция парциальных волн:

Согласно этой концепции электрические, магнитные и гибридные волны могут быть представлены в виде суперпозиции (суммы) парциальных T - волн, распространяющихся под некоторым углом к оси линии передачи (оси Z ).

λΛ =

λ

ν

фΛ

=

λΛ

=

λ

=

νф

cos φ = 1−

λ

2

cos φ

T cos φ

cos φ

λ

T

кр

3)Мощность, переносимая направляемой волной вдоль линии передачи.Электрическая прочность линии передачи. Предельная и допустимая мощности

Средний за период колебаний поток мощности, переносимый направляемой волной,

определяется как поток продольной составляющей вектора Пойнтинга через поперечное сечение S линии передачи

Pср = ∫

R

R

R

R

&

Пz.срdS = ∫ Re ПzdS .

(1.39)

S

Продольная составляющая

комплексного

вектора Пойнтинга вычисляется

через

R

R

&

&

поперечные составляющие E

и H

R

1

R

R

&

=

&

&

Пz

[E

, H

] .

2

1

1

R

2

R

2

2

2

&

&

Pср =

∫

E

dS -средняя мощность, где

E

= Emax f

(q1, q2 )

2

Λ

Zc

s

Emax –

максимальная амплитуда напряженности электрического поля в линии передачи;

f (q1, q2 ) –

безразмерная функция, зависящая только от поперечных координат q1, q2 и

определяющая структуру электрического поля в поперечном сечении линии.

Представление (1.42) используем в записи мощности, переносимой волной в линии

передачи

Pср =

1

1

2

2

=

1

1

2

Emax

∫ f

(q1,q2)dS

EmaxS N ,

(1.43)

2

Λ

2

Λ

Zc

s

Zc

где N < 1 – безразмерный параметр, учитывающий неравномерность распределения амплитуды электрического поля по поперечным координатам.

Предельной называют мощность, при которой возникает либо электрический, либо тепловой пробой в режиме бегущей волны. При электрическом пробое

P

=

1

1

E2

S

N .

Λ

пред

2

проб

Zc

Допустимую мощность принимают в несколько раз меньше предельной, что связано в основном с появлением отраженных волн в реальных линиях

Pдоп = (0, 2...0,3)Рпред .

Смотрите также файлы