Расчет одномодового круглого волновода

Задание.

Расчет одномодового круглого волновода.

Рабочая частота - 6 ГГц

Ширина полосы частот - 1 ГГц

Коэффициент шероховатости стенок k_ш = 1.0

Заполнение волновода воздушное Атмосферные условия нормальное

Требования.

1. Дать краткую характеристику передающих линий на СВЧ.

2. Отметить недостатки и преимущества заданного типа линий и перспективы развития.

3. Произвести расчет геометрических размеров линии и электрической прочности.

I. Краткая характеристика передающей линии.

Круглый металлический волновод представляет собой трубу с внутренним радиусом а (рис.1).

Так, считается, что проводимость стенок волновода бесконечно велика, волновод неограниченно протяжен и однороден вдоль оси z, а внутренней средой является воздух или вакуум. Контур сечения волновода можно преобразовать из прямоугольного в круглый путем последовательных деформаций. Картину поля в волноводе следует строить исходя из того, что силовые линии электрического вектора всегда подходят к металлическим стенкам по направлению нормали. В конечном итоге получаем картину одного из типов волн в круглом волноводе рис.2в. Есть основание полагать, что эта картина соответствует основной волне круглого волновода. В дальнейшем этот факт будет строго доказан.

Рис 2.Последовательные этапы деформации прямоугольного волновода

Среди всевозможных Н-волн круглого волновода наибольшее практическое применение нашла волна типа H₁₁ , у которой

Картина силовых линий поля, построенная с помощью данных соотношений, изображена на рис.3. Она полностью совпадает с той, которая была получена путем непрерывной деформации поля волны типа Ню прямоугольного волновода.

Рис.3. Силовые линии волны типа Ни в круглом волноводе.

На основе диаграммы типов волн, отметим, чтов круглом волноводе не могут распространяться электромагнитные колебания с длиной волны l₀>3.14a . Волновод при этом оказывается в режиме отсечки. В интервале длин волн 3.41а > l₀ > 2.61a волновод работает в одноволновом режиме, т.е. пропускает лишь основной тип волны H₁₁. Если же l₀ <2.61a , то в круглом волноводе может наблюдаться уже многоволновый режим. На практике ширина области одноволновости должна быть несколько сокращена.

Рис.4.Диаграмм типов волн в круглом волноводе.

2. Применение круглых волноводов,

Несмотря на очевидные конструктивные и технологические достоинства, круглые волноводы используются значительно реже, чем прямоугольные. Это обусловлено так называемой поляризационной неустойчивостью основной волны типа H₁₁ в круглом волноводе. Поляризационная неустойчивость - прямое следствие совершенной симметрии волновода. В практическом отношении весьма ценно, что в круглом волноводе могут существовать симметричные типы волн. На основе этих волн работает ряд устройств СВЧ. В качестве примера можно привести вращающееся волновое сочленение, необходимое для подключения передатчика (или приемника) радиолокационной станции к вращающейся антенне.

Следует отметить одно уникальное свойство круглого волновода, связанное с частотными характеристиками затухания симметричных Н-волн, прежде всего волны типа H₀₁. Теоретически и экспериментально былопоказано, что затухание таких волн падает с ростом частоты в отличие от волн других типов как в круглом, так и в прямоугольном волноводах, у которых с ростом частоты затухание увеличивается. Это свойство позволяет в полной мере реализовать огромную информационную емкость СВЧ-диапазона (на волнах миллиметрового диапазона затухание волны типа Н₀₁

в километровом отрезке медной трубы диаметром 50.8 мм составляет лишь несколько децибел). Однако на пути практического применения встаёт ряд трудностей связанных с тем, что волна типа H₀₁ не является волной низшего типа в круглом волноводе. Если волна типа Н₀₁может распространяться, то способны распространятся и другие типы волн, число которых на достаточно высоких частотах значительно (в трубе диаметром 50.8 мм. при длине волны генератора 4 мм. одновременно распространяется примерно 770 типов волн).

3. Расчет геометрических размеров линии и электрической прочности.

Как показано в 1 пункте основной волной распространяющей в волноводе является волна типа H₁₁. Для того чтобы волновод работал в одноволновом режиме необходимо чтобы 3.41а>l > 2.61a, и

1.

2. Max и Min частоты передачи.

3. Полоса пропускания

4. Длина волны в волноводе

5. Фазовая скорость.

6. Групповая скорость

7. Характеристическое сопротивление.

8. Средняя мощность переносимая волной типа Н₁₁.

- удельная плотность потока мощности

9. Коэффициент затухания.

с учетом коэффициента шероховатости k_ш = 1.0

Список использованной литературы.

1. С.И. Баскаков «Электродинамика и распространение радиволн»