Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Лекция №8. Коаксиальный волновод




 

Коаксиальный волновод - это два соосных металлических цилиндра (см. рисунок 8.1), разделенных диэлектриком.

 

Рисунок 8.1 – Коаксиальный волновод

 

Общее для волн Т-типа . Такое возможно, если волна распространяется вдоль направляющей системы без отражений, то есть для любой составляющей решение имеет вид:

.

Коэффициент фазы и продольное волновое число при этом совпадают:

.

Для волн Т-типа (всегда имеется в виду низший тип волны):

,

т.е. волновод должен пропускать колебания любых частот вплоть до постоянного тока. Для этого в волноводе с волной Т-типа должны быть минимум два проводника разделенных слоем диэлектрика.

Волновой фронт перемещается со скоростью:

.

Волны Т-типа не имеют дисперсии.

В однородной материальной среде без зарядов третье уравнение Максвелла будет всегда выполняться, если принять:

,

где - вспомогательная функция, называемая скалярным электрическим потенциалом. Знак «-» выбран, чтобы вектор Е начинался на «+» и заканчивался на «-» зарядах (принято в электротехнике).

Подставляем: .

Для коаксиальной линии (в дальнейшем КЛ) удобнее использовать ЦСК. Из-за полной симметрии волновода двумерное уравнение Лапласа принимает вид:

или .

Находим с учетом граничных условий: потенциал наружного проводника равный нулю (заземлён), а внутренний равен U.

Получаем:

.

Амплитуду вектора Е определим как:

, (8.1)

то есть составляющая поля Е имеет только r-ю составляющую и для комплексной амплитуды (диэлектрик без потерь):

.

Для определения Н используем второе уравнение Максвелла:

,

,

т.е. Н имеет только азимутальную составляющую.

Токи на металле имеют только z составляющую и разное направление на внутренней и внешней трубе, причем их амплитуды равны:

.

Для коаксиальной линии в отличие от полых волноводов удобно ввести волновое сопротивление:

.

Волновое сопротивление ZВ не связано с потерями энергии - это только коэффициент пропорциональности между Е и Н.

Зная Е и Н определим мощность переносимую вдоль оси волновода:

.

Структура поля в коаксиальном волноводе представлена на рисунке 8.2.

 

Рисунок 8.2 – Структура поля волны Т типа в коаксиальном волноводе

 

Чтобы определить высшие типы волн в коаксиальном волноводе надо решать уравнения аналогичные тем, которые решались для круглого волновода.

Как показал анализ, первым высшим типом в коаксиальной линии является, при любом внешнем радиусе b, волна близкая по структуре к волне в круглом волноводе типа (см. рисунок 8.3).

 

Рисунок 8.3 Структура поля волны типа в коаксиальном волноводе



 

Соответственно определяется как для круглого волновода, при условии a<<b:

.

Если внутренний радиус a стремится к внешнему радиусу b (), то структура напоминает волну типа в прямоугольном волноводе, свернутом в кольцо, и определяется выражением:

.

 

Рисунок 8.4 – Структура поля волны типа в коаксиальном волноводе

 

Диапазон одномодовой работы (имеется в виду - в среде заполняющей коаксиальный волновод):

.

Имеется несколько особенностей использования коаксиального волновода.

Максимальная напряженность электрического поля, как следует из (8.1), имеет место у поверхности центрального проводника и определяется как:

,

т.е. при заданной мощности есть оптимальное соотношение между a и b, при котором Em - минимальна (передача максимально допустимой мощности).

Полагая b = const, дифференцируя по a и приравнивая к нулю (нахождение экстремума) определяем: ln b/a=0.5, этому соотношению соответствует: Ом, а соответствующее ему значение мощности: кВт, (а - в метрах), т.к. .

Из условия одноволновости максимальный радиус центрального проводникаи

кВт,

- в метрах.

Для прямоугольного волновода кВт.

Аналогично определяется оптимальное соотношение между a и b, при котором минимальная разность потенциалов между проводниками, получим: ln b/a =1, что соответствует:

Ом.

Международная электрическая комиссия рекомендует выбирать для передачи большой мощности сопротивление при Ом.

Обычно используют гибкие коаксиальные линии - кабели их внутренний проводник делают сплошным, сплетенным из проволочек или трубчатым.

Материал - обычно медь или латунь для прочности биметаллический (стальная проволока покрытая медью).

Внешний проводник - либо труба (жесткая), либо в виде оплетки из проволоки или ленты (гибкая).

Изолирующая часть на СВЧ выполняется обычно из фторопласта-4, полиэтилена и т.д., при этом она может быть не сплошной, а из шайб.

Использование диэлектрического заполнения приводит к тому, что резко уменьшается:

а) за счет теплового пробоя;

б) в небольших промежутках между диэлектриком и проводником есть воздух (всегда), в нем Е в раз больше, чем в диэлектрике и

.

Как правило, коаксиальный волновод используют для передачи небольших мощностей (до сотен Вт) в диапазоне от f=0 до 10 ГГц (из-за возникновения высших типов волн). Стандартные варианты волнового сопротивления ZВ для различных конструкций 50, 75, 100, 150, 200 Ом.





Дата добавления: 2014-01-05; Просмотров: 700; Нарушение авторских прав?;


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



ПОИСК ПО САЙТУ:


Читайте также:



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2017) год. Не является автором материалов, а предоставляет студентам возможность бесплатного обучения и использования! Последнее добавление ‚аш ip: 54.196.17.193
Генерация страницы за: 0.093 сек.