Лекція №2: “Види ліній передавання в діапазоні НВЧ”
|
|
Скачати 93.35 Kb.
|
|
Лекція № 2: “Види ліній передавання в діапазоні НВЧ” 1. Хвилеводи з поперечним перерізом круглої та прямокутної форми 1.1 Хвилеводи круглої форми На практиці широко використовуються хвилеводи з поперечним перерізом круглої форми. У них збуджуються хвилі типів  . При дослідженні круглих хвилеводів використовується циліндрична система координат, в якій положення досліджуваної точки задається її радіусом-вектором r, кутом θ, що його утворює цей вектор-радіус із горизонтальною площиною, і відстанню z. Індекс т у цьому разі характеризує кількість цілих стоячих хвиль, які вміщуються на довжині кола поперечного перерізу радіусом R. Індекс п визначається кількістю максимальних значень напруженості поля вздовж радіуса поперечного перерізу R. Математичний аналіз поширення хвиль у круглих хвилеводах значно складніший, ніж аналіз поля в прямокутних хвилеводах, оскільки здійснюється із застосуванням функцій Бесселя. Однак фізична сутність процесів у хвилеводах практично не залежить від форми їхніх поперечних перерізів. Тому для дослідження структури поля в круглому хвилеводі використовуємо викладену раніше методику.Уявімо, що хвилевід круглого перерізу отримано внаслідок деформації стінок хвилеводу прямокутного перерізу. На рис.1 проілюстровано таке перетворення і показано відповідність хвилі  у прямокутному хвилеводі (рис.1, а), хвилі  у круглому хвилеводі (рис.1, б). Вектори (суцільні лінії) хвилі  мають форму дуг, оскільки згідно з граничними умовами підходять до стінок хвилеводу по нормалі. Вектори (пунктирні лінії) при цьому мають залишатись перпендикулярними до векторів у будь-якій точці. Форма силових ліній при цьому також змінюється згідно з умовою перпендикулярності до ліній Рис.1 Перехід від прямокутного до круглого хвилеводу для хвилі типу “  ”Для побудови структури поля у круглому хвилеводі необхідно: - на початковому прямокутному хвилеводі зі збудженою в ньому хвилею зафіксувати характерні точки, які визначають положення уявно введених провідних поверхонь; - перенести ці точки на круглий хвилевід, розбивши його на елементарні хвилеводи нестандартної форми; - зобразити відповідні лінії векторів  ;- підрахувати кількість цілих півхвиль на півколі або хвиль на колі поперечного перерізу і визначити значення індексу т (у розглянутому випадку т = 3); - підрахувати кількість максимумів напруженості поля вздовж радіуса поперечного перерізу і визначити значення індексу п (у розглянутому випадку п = 1). На рис. 2, а, б подано взаємну відповідність хвиль типів  і  . Слід зазначити, що хвиля  характеризується осьовою симетрією і тому застосовується у хвилевідних трактах з обертальними зчленуваннями. Можна сказати, що будь-яка хвиля, збуджувана в прямокутному хвилеводі, має аналог у круглому хвилеводі. Однак обернене твердження неправильне (тобто хвиля, збуджувана у круглому хвилеводі, не завжди має аналог у прямокутному хвилеводі).У круглому хвилеводі може існувати особлива хвиля  , яка не має аналога у прямокутному хвилеводі. Структуру поля такої хвилі зображено на рис. 3. Звернемо увагу на такі обставини: вектор має вихровий характер, як і лінії струмів зміщення (рис.36) пронизують площини, які обмежені векторами біля стінок, згідно з граничними умовами, і вони мають тільки поздовжні складові. Відповідні векторам лінії струмів провідності виявляються поперечними і самозамкненими. Рис.2 Перехід від прямокутного до круглого хвилеводу для хвилі типу “Е”  Рис.3,4 “Структури поля і струмів для хвилі “  ” Рис.5 “Номограма хвиль вищих типів у хвильоводі”  Рис.6 “Двопроводна лінія” Хвиля  — єдина серед хвиль усіх типів, при якій у стінках хвилеводу немає поздовжніх струмів. Звідси випливає такий важливий висновок: якщо круглий хвилевід із хвилею  перерізати поперечною щілиною, то вона буде не випромінювальною, а хвиля у хвильоводі поширюється без втрат на випромінювання; водночас інші типи хвиль, що можуть з'явитися як перешкоди, будуть значно послаблені. Тому такий хвилевід має назву само фільтрувальний.. Крім того, зі збільшенням частоти монотонно зменшується загасання хвилі , оскільки при її поширенні вихрові струми Фуко відсутні. Тому круглий хвилевід із хвилею  застосовують для передавання енергії на порівняно великі відстані.Розподіл критичних довжин хвиль для хвилеводів круглого поперечного перерізу радіусом R наведено на рис. 5. У розглянутому випадку коефіцієнти при R визначаються відповідними значеннями функції Бесселя. Із рис. 5 бачимо, що для хвилеводів круглого перерізу хвилею основного типу є хвиля  .1.2 Основні розрахункові співвідношення для розрахунку хвилеводів прямокутної форми  Поперечний переріз прямокутного хвилеводуФормула для визначення критичної довжини хвилі в прямокутному хвилеводі має вигляд:  ,де  m, g – цілі числа, що характеризують тип хвилеводу;a, b – розміри поперечного перерізу хвилеводу. Коефіцієнт загасання хвилі в прямокутному хвилеводі розраховується за формулою: Хвилевий опір прямокутного хвилеводу з хвилею розраховується таким чином: ,де  - відносна діелектрична проникненість середи, що заповнює хвилевод.Величина допустимої потужності (кВт), що передається через прямокутний хвилевод з повітряним заповненням, розраховується наступним чином:  ,де КБХ – коефіцієнт бігучої хвилі. 2. Інші види ліній передавання в діапазоні надвисоких частот 2.1. Двопроводова лінія передавання Лінія передавання, виконана у вигляді двох паралельних провідників, називається двопроводовою. Така лінія виконується в радіодіапазоні на частотах  …  Гц. для передавання енергії на великі відстані. Основним типом хвилі є поперечна електромагнітна «Т»-хвиля. Для симетричної двопроводової лінії, зображеної на рис. 6, D << λ, d < D, а хвильовий опір де — відносна діелектрична проникність середовища. Провідники ліній можуть бути як круглими, так і стрічковими. Двопроводову лінію, вміщену в діелектричну оболонку зі спеціально підібраним значенням ε, називають двопроводовим радіочастотним кабелем (рис. 6). Зі збільшенням частоти втрати енергії на випромінювання в таких лініях збільшуються. Тому на вищих частотах використовуються інші види ліній передавання, більшість з яких базуються на двопроводовій лінії. 2.2. Коаксіальна лінія передавання Коаксіальна лінія передавання виконується двома спільновісними провідниками, ізольованими один від одного спеціальним діелектриком. Основним типом хвилі в такій лінії (рис. 4.29) є «Т»-хвиля, але можуть збуджуватись також хвилі інших типів [8]. Вочевидь, така лінія потребує більших витрат матеріалів на виготовлення, але характерною рисою є . те, що для «Т»-хвилі критична довжина відсутня, оскільки електромагнітні коливання можуть виникати на будь-якій частоті. Цей фактор дає змогу конструювати коаксіальні лінії з малими розмірами поперечного перерізу, але ці розміри слід вибирати такими, щоб у лінії збуджувалася «Т»-хвиля. Якщо врахувати, що критична довжина хвилі першого вищого типу  у коаксіальній лінії то вищі типи хвиль будуть відсутні при мінімальній довжині хвилі робочого діапазону λ min > λкр. Як правило λ min = (1,1…1,2)λкр. За останнім співвідношенням можна вибрати значення R або r, якщо задано один із радіусів.  Рис.7 “Коаксіальна лінія” Хвильовий опір коаксіальної лінії визначається співвідношенням  Потужність коаксіальної лінії в режимі біжучих хвиль  де  — напруженість поля біля поверхні центрального провідника.Коаксіальні лінії можуть використовуватись на вищих частотах, ніж двопроводові. Але зовнішній провідник збуджує навколо себе поле, що при частотах, більших за 300 МГц, зумовлює значні втрати потужності в лінії. Тому для частот, вищих від зазначеної, доцільно використовувати смугові лінії. 2.3. Смугові лінії'передавання Смуговою лінією передавання називається лінія, в якій провідник прямокутного або круглого перерізу розміщений на деякій відстані від металевої поверхні-основи (рис.8). Провідники, як правило, розділені твердим діелектриком. Смугові лінії технологічні у виготовленні і сумісні з інтегральною технологією [8]. Застосовують несиметричні (рис. 8, а) і симетричні (рис. 8, б) смугові лінії.  Рис.8 “Відкриті та закрита лінії передавання” Основною є хвиля типу «Т», яка поширюється в області між вузькою і широкою (екран) смугами. Випромінювання в навколишній простір можна позбутися, якщо в лінії використати діелектричну пластину, з обох боків якої симетрично розташувати металеві смуги. При цьому екрани мають створювати практично замкнену область простору. Перші два види смугових ліній є відкритими, а останній (рис. 8, в) — закритим, який характеризується найвищою добротністю. Смугові лінії передавання застосовують при порівняно малих рівнях потужності сигналу. Втрати в них не набагато більші, ніж у хвилеводах коаксіальних ліній. Лінії такого типу використовуються при конструюванні мікромініатюрних вузлів у діапазоні НВЧ. У відкритій несиметричній лінії ширина центрального провідника вибирається з умови υ < λл /2, де λл = λmin /— довжина хвилі в лінії, що відповідає мінімальній довжині хвилі робочого діапазону. Ширина основи (екрана) a ≥ 3υ. Товщина діелектричного шару ť < λmn/4 при цьому стандартні значення ť =0,25; 0,5; 0,75; 1,0; 1,5 мм. У відкритій симетричній лінії  Розміри а і b вибираються за умовиa ≥ υ + 2b. Сигнали найбільшої потужності можна передати по симетричній смуговій лінії, центральний провідник якої має округлені краї, а діелектриком служить повітря. Якщо над екраном (рис.9, а) або між двома екранами розмістити пару провідників, то отримаємо несиметричну або симетричну зв'язану смугову лінію.  Рис.9 Зв’язані смугові лінії Розрізняють несиметричні (рис.9 ,6) та симетричні (рис. 9, в) лінії з бічним — слабким — зв'язком і лицьовим — сильним — зв'язком (рис. 10, а, б). Можливі два варіанти збуджень таких ліній: парне збудження, при якому через обидва провідника пропускають струми одного знака (див. рис.10, а), і непарне збудження, якщо струми в провідниках мають протилежні знаки (див. рис. 10, б).  Рис.10 Збудження смугових ліній |
Схожі:
|
Узгоджувальні навантаження для ліній передавання Одним із найпоширеніших елементів трактів є узгоджувальні навантаження, призначені для поглинання НВЧ-потужності, що передається... |
ЛЗ №2 : “Дослідження впливу геометричних характеристик фазообертачів... Провести дослідження щодо оцінки впливу фазуючих пристроїв НВЧ з визначеними параметрами на електричну довжину ліній передач |
|
План-конспект з трудового навчання. Тема заняття: Види поясних виробів Теоретичні відомості: Види поясних виробів. Художнє конструювання. Технічне конструювання. Основні типи креслярських ліній. Розміри... |
ЛЕКЦІЯ Синхронне аналогове радіомовлення Синхронне мовлення здійснюють головним чином в ГМХ діапазоні, де число передавачів, що працюють в одному частотному каналі, досягає... |
|
Лекція №1 Тов студенти, сьогодні Ви розпочинаєте вивчення нової дисципліни: “Пристрої НВЧ та антени”. В межах цієї дисципліни буде розглянуте... |
1. Типи роз'ємів та зчленування в трактах НВЧ. Їх характеристики... Розрахувати необхідну довжину щілини в хвилеводно-щілинному мості із заданими геометричними розмірами хвильоводу (292×146). Основний... |
|
1. Типи роз'ємів та зчленування в трактах НВЧ. Їх характеристики... Типи хвилеводних переходів. Конструкція переходів, переваги та недоліки їх використання |
Лекція Сутність та види податків. Податкова система і податкова політика 5 Лекція Організація податкової служби і податкової роботи. Система інформаційного забезпечення 11 |
|
Лекція №10 : “Практичне використання намагнічених феритів у техніці НВЧ” Циркулятором називають пристрій, в якому здійснюється циклічний зв'язок між усіма його плечима в одному напрямі. На рис. 1 подано... |
Лекція №12: “Фактори впливу на поширення радіохвиль при використанні антенних пристроїв” Вплив земної поверхні на поширення радіохвиль можна враховувати тоді, коли передавальна й приймальня антени підняті над однорідною... |
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання © 2013
звернутися до адміністрації
bibl.com.ua
звернутися до адміністрації
bibl.com.ua