Выбор рабочей длины волны (частоты) для создания одноволнового режима

Кафедра РЭТ

МЕТОДИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО
К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ

по дисциплине «Антенн–фидерное устройство и распространение радиоволн»

для студентов очного и заочного обучения

Составил: Э.Б. Айнакулов

Астана 2014

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

В результате выполнения лабораторной работы студенты должны приобрести знания особенностей распространения электромагнитных волн в прямоугольном и коаксиальном волноводах, устройства волноводных измерительных линий, умения в настройке линий передач в режиме бегущей волны, количественном определении степени согласования линии с нагрузкой и величины самой нагрузки, и настройке измерительной линии.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Волны в направляющих системах

В дециметровом и сантиметровом диапазонах, в основном, используются линии передачи закрытого типа, в которых вся энергия сосредоточена в пространстве, экранированном от внешней среды металлической оболочкой.

Основными, широко используемыми линиями передачи закрытого типа, являются коаксиальный волновод (состоящий из соосных круглых провода и экрана), прямоугольный, круглый и эллиптический волноводы.

В направляющих системах могут распространяться волны класса Т (поперечные электромагнитные волны), волны класса Н (поперечно-электрические или магнитные волны), волны класса Е (поперечно-магнитные или электрические волны). Необходимо отметить, что волны класса Т могут распространяться только в тех направляющих системах, в которых имеются два изолированных друг от друга проводника, по которым возможна передача энергии постоянного тока.

В любой направляющей системе возможно существование большого числа типов волн (из классов Е и Н), количество которых зависит от выбора рабочей длины волны l_р. Однако существует область длин волн, при которой распространение электромагнитных волн в волноводе невозможно (область отсечки), то есть когда рабочая длина волны l_р больше или равна критической длине волны основного типа волны l_кр (l_р ³ l_кр). Основным типом волны в волноводе называется волна, обладающая максимальной критической длиной волны. С учётом относительной диэлектрической проницаемости материала, заполняющего волновод, рабочая длина волны должна выбираться из условия

где l - длина волны генератора (длина волны в свободном пространстве).

В воздухе e = 1 и l_р = l.

На рис.2.1 и 2.2 приведены картины мгновенного распределения электрического и магнитного полей (в продольном и поперечном сечениях) для основных типов волн Н₁₀ и Н₁₁ в прямоугольном и круглом волноводах, а на рис.2.3 – для волны класса Т в коаксиальном волноводе. Крестиками на этих рисунках показаны силовые линии, идущие «от нас», а кружочками – идущие «к нам».

Значения волнового сопротивления Z_в, фазовой v_ф и групповой v_гр скоростей и длины волны L в волноводе в одноволновом режиме можно рассчитать по формулам:

где с – скорость света в вакууме;

a ­– внутренний размер широкой стенки прямоугольного волновода;

b – внутренний размер узкой стенки прямоугольного волновода;

D – диаметр оплётки коаксиального кабеля;

d – диаметр центральной жилы коаксиального кабеля.

То, что длина волны в прямоугольном волноводе L больше длины волны в свободном пространстве l, имеет простое физическое объяснение. Так как электромагнитные волны, распространяясь в волноводе, отражаются от его стенок (как показано на рис.2.4), то фронт волны, проходя расстояние l_р вдоль направления распространения волны, одновременно пройдёт вдоль волновода расстояние, равное L.

Выбор рабочей длины волны (частоты) для создания одноволнового режима

Для наглядности на рис.2.5…2.7 приведены распределения критических длин волн по шкале l_р для прямоугольного, круглого и коаксиального волноводов. В случае одноволнового (одномодового) режима по волноводу распространяется основная волна. Как видно из рис.2.5, основной волной для прямоугольного волновода является волна Н₁₀ с критической длиной волны l_кр^Н10=2а. Первая волна высшего порядка в прямоугольном волноводе – волна Н₂₀ с l_кр^Н20=­а. Следовательно, одноволновый режим будет наблюдаться при выполнении условия

a < l < 2a. (2.10)

Для круглого волновода (рис.2.6) основной волной является волна Н₁₁ (l_кр^Н11= 3,41R), а первой волной высшего порядка – Е₀₁ (l_кр^Е01=2,62R), таким образом, одноволновый режим будет выполняться при условии

2,62R<l_р<3,41R. (2.11)

В коаксиальном волноводе (рис.2.7) основной волной является волна класса Т (l_кр^Т=¥), а первой волной высшего порядка – волна Н₁₁ с l_кр^Н11»p(D+d)/2, т.е. одноволновый режим будет выполняться при условии

p(D+d)/2< l_р < ¥. (2.12)

На практике, обычно, из-за большого поглощения в области более длинных волн, т.е. близких к критической длине волны основного типа, значение рабочей длины волны выбирают на 20…30% ниже критической длины волны.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: