Загальні відомості про хвилеводи. Хвилевий опір хвилевода

Режим стоячих хвиль в розімкнутій ДЛ. Розподілення амплітуд струму та напруги вздовж ДЛ. Коефіцієнт стоячої хвилі (КСВ).

Пусть идеальная ДЛ разомкнута в конце

Режим стоячей волны

Режим стоячей волны характеризуется тем, что амплитуда отраженной волны равна амплитуде падающей B _U = A _U то есть энергия падающей волны полностью отражается от нагрузки и возвращается обратно в генератор. В этом режиме, | Г | = 1, k _св = , k _бв = 0^[7].

 

При сложении бегущей и обратной волны наблюдается интерференция волн – стоячие волны

 

КСВ = 1/КБВ

В реальном случае КСВ меньше или равен 1,2

 

 

Режим змішаних хвиль, умови виникнення. Характерні перерізи. Коефіцієнт відбиття.

В режиме смешанных волн амплитуда отраженной волны удовлетворяет условию 0 < BU < AU то есть часть мощности падающей волны теряется в нагрузке, а остальная часть в виде отраженной волны возвращается обратно в генератор. При этом 0 < | Г | < 1, 1 < kсв <, 0 < kбв < 1

Режим смешанных волн получается, если на конце волновода энергия поглощается частично. Практически, обычно всегда бывает этот режим, так как невозможно получить чисто бегущую или чисто стоячую волну. Особенно трудно осуществить режим бегущей волны. Во многих случаях даже довольствуются значением кбв от 0 5 и выше. Случай, когда конец волновода закрыт, аналогичен короткозамкнутой линии.

 

 

Резонансні властивості відрізків ДЛ розімкнених на кінці.

Разомкнутая линия

В этом случае ток, протекающий через нагрузку равен нулю (I _Н = 0), поэтому выражения для напряжения, тока и входного сопротивления в линии принимают вид:

На рис. эти зависимости проиллюстрированы графически. Из соотношений (22) и графиков следует:

§ в линии, разомкнутой на конце, устанавливается режим стоячей волны, напряжение, ток и входное сопротивление вдоль линии изменяются по периодическому закону с периодом λ _Л/2;

§ входное сопротивление разомкнутой линии является чисто мнимым за исключением точек с координатами z = nλ _Л/4, n = 0,1,2,…;

§ если длина разомкнутой линии меньше λ _Л/4, то такая линия эквивалентна емкости;

§ разомкнутая на конце линия длиной λ _Л/4 эквивалентна последовательному резонансному на рассматриваемой частоте контуру и имеет нулевое входное сопротивление;

§ линия, длина которой лежит в интервале от λ _Л/4 до λ _Л/2, эквивалентна индуктивности;

§ разомкнутая на конце линия длиной λ _Л/2 эквивалентна параллельному резонансному контуру на рассматриваемой частоте и имеет бесконечно большое входное сопротивление.

Резонансні властивості ДЛ короткозамкнених на кінці

Замкнутая линия

В этом случае напряжение на нагрузке равно нулю (U _Н = 0), поэтому напряжение, ток и входное сопротивление в линии принимают вид:

На рис.7эти зависимости проиллюстрированы графически.

Рис.8. Эпюры напряжения, тока и входного сопротивления в линии, нагруженной на ёмкость

Используя результаты предыдущего раздела, нетрудно самостоятельно сделать выводы о трансформирующих свойствах короткозамкнутой линии. Отметим лишь, что в замкнутой линии также устанавливается режим стоячей волны. Отрезок короткозамкнутой линии, длиной меньше λ _Л/4 имеет индуктивный характер входного сопротивления, а при длине λ _Л/4 такая линия имеет бесконечно большое входное сопротивление на рабочей частоте^[9].

Загальні відомості про хвилеводи. Хвилевий опір хвилевода.

Волновод — искусственный или естественный канал, способный поддерживать распространяющиеся вдоль него волны, поля которых сосредоточены внутри канала или в примыкающей к нему области. Являет собой полую трубку в форме квадрата, элипса или овала, из диэлектрика или метала покрытого внутри серебром.

Типы волноводов

Экранированные

Различают экранированные волноводы с хорошо отражающими стенками, к которым относят волноводы металлические, направляющие электромагнитные волны, а также коаксиальные и многожильные экранированые кабели, хотя последние обычно причисляют к линиям передачи (длинным линиям). Однако практически все типы волноводов следует рассматривать как разновидность линий передачи. К экранированым волноводам относят также волноводы акустические с достаточно жёсткими стенками.

Неэкранированные

В открытых (неэкранированных) волноводах локализация поля обычно обусловлена явлением полного внутреннего отражения от границ раздела двух сред (в волноводах диэлектрических и простейших световодах) либо от областей с плавно изменяющимися параметрами среды (например, ионосферный волновод, атмосферный волновод, подводный звуковой канал). К открытым волноводам принадлежат и системы с поверхностными волнами, направляемыми границами раздела сред.

Свойства волноводов

Основное свойство волновода — существование в нём дискретного (при не очень сильном поглощении) набора нормальных волн (мод), распространяющихся со своими фазовыми и групповымискоростями. Почти все моды обладают дисперсией, то есть их фазовые скорости зависят от частоты и отличаются от групповых скоростей.

В экранированном волноводе фазовые скорости обычно превышают скорость распространения плоской однородной волны в заполняющей среде (скорость света, скорость звука), эти волны называются быстрыми. При неполном экранировании они могут просачиваться сквозь стенки волновода, переизлучаясь в окружающее пространство. Это так называемые утекающие волны. В открытых волноводах, как правило, распространяются медленные волны, амплитуды которых быстро убывают при удалении от направляющего канала.

Каждая мода характеризуется предельной частотой , называемой критической; мода может распространяться и переносить вдоль волновода поток энергии только на частотах , превышающих . Однако в некоторых случаях (многопроводные линии передачи, полые акустические волноводы) существуют моды, для которых , их называют главными или квазистатическими.

При больших волновод становится сверхразмерным (поперечные размеры волновода значительно превышают длину волны): тогда в нём одновременно распространяется множество мод, которые при определённых соотношениях между амплитудами и фазами могут группироваться в лучи. Пульсируя вдоль волновода, они периодически то отражаются, то отрываются от его стенок. В местах отрыва стенки можно убрать, заменив волноводы последовательно расставленными отражателями. Такие, а также аналогичные им линзовые системы относят квазиоптическим волноводам или к квазиоптическим линиям передачи