ТЕМА №5. ЭЛЕМЕНТЫ ОБЩЕЙ ТЕОРИИ ВОЛНОВОДОВ

5.1. Линии передачи СВЧ.

5.1.1. Классификация линий передачи.

Проволочные линии используются в гектометровых, метровых, дециметровых волнах.

Радиочастотные кабели: расчет коаксиальных кабелей идет по волновому сопротивлению. Довольно большой спектр кабелей в зависимости от затухания и волнового сопротивления.

Волноводы используются на см, мм, дм. На метровых уже не используются. Потому что на метровых волнах должен быть волновод слишком большого размера.

Линии открытого типа – мм длины волн.

Рис. 5.2 А – диэлектрический волновод. Б – полый волновод прямоугольного и круглого сечения.

Рис.5.3

А – специального сечения П и Н.

Б – симметричные линии – подложка, диэлектрик. Бывает и сверху МЕ слой.

В – коаксиальный кабель

Г- двухпроводная линия открытого типа и закрытого типа

Рис. 5.4

А - Если волновод одного сечения, без изгибов и заполнен однородным диэлектриком (воздухом) – однородный регулярный.

Б-заполнен однородным диэлектриком и имеет изгиб.

В-внутри пластина(например, феррит для согласования) и изгиб

5.1.2. Классификация направляемых волн.

В коаксиальном кабеле и длинной линии передается волна типа-Т – поперечная волна. Поперечная волна имеет в своем составе Е и Н, которые ортогональны распространению То есть продольных составляющих Е и Н нет.

В волноводе волна типа Т распространяться не может. Объяснение – Рис. 5.6 и формулы под ним.

Волна Т-типа – поперечная волна – векторы Е и Н расположены в ортогональной плоскости распространению волны (вектору П). Используется при передаче Э.М.энергии в наших системах. В прямоугольном волноводе не распространяется.

Волна Е-типа – поперечно-магнитная – волна Е-типа имеет поперечную составляющую магнитного поля, поперечную и продольную составляющую электрического поля.

Волна Н-типа – имеется продольная составляющая магнитного поля.

Волны ЕН-типа – продольная составляющая Е и Н. Встречаются редко. Описаны не густо.

Далее нужно выяснить как и что мы будем передавать в полом волноводе.

Аналогично длинным линиям в полом волноводе справедливы режим бегущих, стоячих и смешанных волн.

Чтобы возбудить в волноводе электромагнитную волну (передатчик формирует радиосигнал, а его нужно передать в волновод) при помощи штыря, петли и т.д.

Возникает вопрос, где воткнуть этот штырь? Штырь возбуждает ЭП, а оно порождает МП, а оно ЭП. Там, где максимум электрических силовых линий.

Если петлей – в максимум магнитных силовых линий, т.к. петля – рамка с током.

Как найти максимум?

Полый волновод заполнен диэлектриком => равна нулю и тока проводимости нет. А вихревое магнитное поле создается только током смещения.

Ток смещения со направлен с Е, но сдвинут по фазе на 90 градусов =>л/4.

Следовательно, должна быть продольная составляющая Е. Поэтому поперечная волна в волноводе распространяться не может.

Доказательство от противного:

Пусть волна типа Т распространяется. Ну а раз распространяется, то запишем первый закон : . Тока проводимости нет, но есть ток смещения. Ток смещение порождает вихревое МП. А ток смещения направлен от нас и вокруг него замыкаются магнитные силовые линии. А ток смещения – это изменяющееся во времени ЭП. . То есть ток смещения совпадает по направлению с Е, только сдвинут по фазе на , то есть отличаются на четверть длины волны. А раз так, то наше предположение не верно. Должна быть продольная составляющая вектора Е.