Файл: Романов, Стальмакова.pdf

Потери, обусловленные неидеальностью проводников, могут быть определены по

формуле

d

соответствует волновому сопротивлению 77 Ом в линии передачи с воздушным

заполнением.

Наибольшая электрическая прочность коаксиальной линии имеет место при

D ≈1,65 (волновое сопротивление 30 Ом при воздушном заполнении). d

Применение:

Системы связи Вещательные сети Компьютерные сети Антенно-фидерные системы

АСУ и другие производственные и научно-исследовательские технические системы

8)Способы возбуждения волн в волноводных линиях передачи. Элементы связи: штырь, петля, щель. Правила расположения элементов связи в линии для

возбуждения нужного типа волны.

Магнитная петля связи, как правило, располагается в месте, где магнитное поле наиболее сильно, причем ее плоскость перпендикулярна магнитным силовым линиям. Подобный вид связи, в частности, используется внутри магнетрона для отбора энергии от его колебательной системы.

Электрический штырь размещается в максимуме электрического поля, вдоль его силовых линий.

В качестве элементов связи, с помощью которых возбуждаются колебания в волноводе, может использоваться щтырь-центральный провод коаксиальной линии, выходящий в волновод (рис. 4.10, а). Вектор электрического поля щели.

Рис. 4.10. Элементы связи: штырь (а) и петля (б).

Рис. 4.11. Расположение излучающих щелей в волноводе.

вблизи возбуждающего стержня параллелен ему. Штырь располагается на расстоянии Х/4 (или нечетное число А,/4) от стенки, чтобы отразившиеся колебания вблизи штыря складывались в фазе с излучаемыми и распространялись далее в направлении открытой части волновода. Если нужно изменять длину волны, то необходима перестройка - задняя стенка выполняется в виде подвижного плунжера.

В качестве элементов связи используется также петля, через которую проходят магнитные силовые линии (рис. 4.10, б). Возбудшелем может служить щель в стенке

подводящего волновода. Щель прорезается в таком месте, где она пересекает линии тока (рис. 4,11). Электрические силовые линии как бы продолжают линии токов в прорези. В пространстве, окружающем волновод, они возбуждают электромагнитные колебания.

Устройства, связывающие волноводы с другими цепями, служат для возбуждения волн в волноводе или для отбора энергии из волновода. Любое устройство, дающее возбуждение волн, может быть использовано и для приема волн.

Электрическая связь осуществляется с помощью металлического проводника, называемого штырьком (или зондом), и установленного внутри волновода вдоль электрических силовых линий в том месте, где электрическое поле наиболее сильное. Обычно такой штырек является продолжением внутреннего провода коаксиальной линии, подводящей энергию к волноводу. Так как размеры штырька соизмеримы с длиной волны, то он работает как хорошая антенна.

На рис.4 показано возбуждение волны типа Нo1 в прямоугольном волноводе при помощи штырька, расположенного в пучности электрического поля на расстоянии 1/4 (ламбда) от закрытого конца волновода, служащего для отражения волн. Этот участок волновода длиной 1/4 (ламбда) подобно четвертьволновой корот-козамкнутой линии имеет входное сопротивление, близкое к бесконечности, и практически не влияет на режим работы подводящей линии.

Чем больше длина штырька, находящегося в волноводе, тем сильнее связь, т. е. тем больше энергии передается в волновод, подобно тому как более высокая 'антенна дает более сильное излучение, нежели антенна малых размеров.

Магнитная связь осуществляется с помощью витка (петли) связи, который располагается в месте, где магнитное поле наиболее сильно, причем ее плоскость перпендикулярна магнитным силовым линиям. Так как размеры витка соизмеримы с длиной волны, то он дает эффективное излучение электромагнитных волн и его можно уподобить одновитковой рамочной антенне большого размера. На рис.5 показано одно из возможных расположений витка для возбуждения в прямоугольном волноводе волны Но1.

Чем больше размеры витка, тем сильнее связь. Регулировку связи удобно осуществлять поворотом витка. Следует иметь в виду, что магнитная связь всегда сопровождается некоторой электрической связью.

Для отбора энергии штырьки или витки связи выполняют роль приемной антенны. Волны, прошедшие по волноводу, создают своим электрическим полем в приемном штырьке некоторую эдс, а в витке связи эдс индуктируется магнитным полем.

9)Линии передачи поверхностных волн.Выбор оптимального частотного диапазона. Диэлектрический волновод круглого сечения. Основная гибридная волна НЕ11 в волноводе, её структура поля. Область применения

диэлектрических волноводов.

Диэлектрический волновод представляет собой стержень из диэлектрика круглой или прямоугольной формы (рис. 5.1). Вдоль такой структуры распространяется электромагнитная энергия, причем скорость распространения в линии меньше, чем скорость света. Величина коэффициента замедления зависит от параметров диэлектрического стержня.

Основной волной диэлектрического волновода является волна типа HE11, которая относится к классу гибридных волн. Гибридные волны начинают распространяться с некоторой критической частоты fкр , значение которой зависит от диаметра стержня и

его диэлектрической проницаемости. Наиболее простая модель, иллюстрирующая особенности распространения волн в стержне, основана на эффекте полного внутреннего отражения.

Отрезки диэлектрических волноводов используют для создания диэлектрических антенн.

В световом диапазоне волн в качестве волноведущих устройств используются так

называемые световоды, которые являются основой волоконно-оптических линий связи

(ВОЛС). Световоды являются конструктивной модификацией диэлектрических

волноводов. Волоконный световод состоит из диэлектрического сердечника и оболочки с

диаметрами dc и dоб и коэффициентами преломления nc и nоб(nc > nоб ) . При передаче

волн по световодам также используется явление полного внутреннего отражения на

границе раздела диэлектриков с разными коэффициентами преломления - сердечник и

оболочка (рис. 5.2). В качестве диэлектриков, из которых выполняются составные части

линий, используются различные типы стекла, легированные германием, фосфором или бором. По световоду распространяются гибридные типы волн. Возможны несколько режимов работы линий.

-эффект полного внутреннего отражения

Одномодовые режимы существуют в оптоволоконной линии с тонким сердечником ( dc = 3 – 5 мкм), не допускающем распространения высших типов волн. Диаметр защитной оболочки dоб = 50 мкм.

Многомодовые волноводы используют при построении местных локальных сетей связи. Они имеют более толстый сердечник с dc = 50 мкм и допускают на рабочей частоте

возбуждение волн нескольких типов. Каждая из волн распространяется со своей скоростью, что приводит к размыванию импульсов битовых информационных последовательностей и ограничивает как длину линий связи, так и их скорость (рис. 5.4). Диаметр защитной оболочки составляет dоб = 120 мкм.

Для сохранения достаточно больших диаметров сердечника и для уменьшения явления дисперсии используются так называемые градиентные волноводы с dc = 50 мкм, dоб = 80 мкм. В таком световоде применяется сердечник, коэффициент преломления

которого неоднородный и уменьшается по определенному закону от оси волновода к границе сердечник-оболочка. Наиболее часто на практике используются градиентные волокна с параболическим законом изменения коэффициента преломления. Градиентные оптоволоконные линии занимают промежуточное положение между многомодовыми и одномодовыми линиями (рис. 5.5).

Основная волна НЕ11 - существует на всех частотах. Когда плоская волна распространяется вдоль волокна, она искажается.

Часть энергии передается внутри стержня, часть вне. В стержне волна распространяется медленнее, чем в окружающем пространстве, за счет разности скоростей поле искажается и становится гибридным.

10)Полосковые линии передачи. Структура поля основных типов волн в симметричной и несимметричной линиях. Эффективная диэлектрическая проницаемость, волновое сопротивление, частотный диапазон полосковых линий.Область применения полосковых линий передачи.

Большое распространение при конструировании высокочастотной техники нашли полосковые линии передачи. Они хорошо интегрируются с активными и пассивными элементами трактов. В симметричной полосковой линии основной волной является волна типа T

W

t

b

ε

- симметричная

Постоянная распространения в симметричной полосковой линии передачи

Преимущество несимметричной линии обусловлено хорошей интеграцией с активными и пассивными элементами, устанавливаемыми на СВЧ платы, выполненные по полосковой технологии. В микрополосковой линии распространяется квази-T волна. С увеличением частоты наблюдается дисперсия постоянной распространения, обусловленная тем, что волна распространяется в двух средах: диэлектрической подложке и воздухе (рис. 4.7). На относительно невысоких частотах этой дисперсией пренебрегают.

-несимметричная

Постоянная распространения рассчитывается по формуле

где эффективная диэлектрическая постоянная