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, что в 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 было показано, 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 Н₀₁ может 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»