Лекция №11. Потери в линиях передачи электромагнитной энергии. Свободные колебания в объемных резонаторах

Источники потерь:

1) конечное значение проводимости металла (есть составляющая Е касательная к металлу, а следовательно, существует средний за период поток мощности, направленный в глубь металла);

2) небольшие токи проводимости в диэлектрике, заполняющем волновод (как правило, небольшие потери по сравнению с потерями в металле);

3) потери на излучение в окружающее пространство (если линия спроектирована без ошибок, эти потери не велики).

Для учета потерь следует предположить, что продольное волноводное число – комплексная величина:

,

,

где h^" - погонное затухание линии передачи, выраженноев Нп/м. В технике чаще пользуются величиной выраженной в дБ/м.

,

причем ∆ _пог=8, 686h^" .

В любом фиксированном сечении произвольной линии средняя мощность, переносимая волной Р₀ – в точке z = 0:

.

Если известны частота сигнала, проводимость стенок и структура поля в волноводе, то погонное затухание определяется формулой:

.

Для коаксиального волновода получаем:

.

Рисунок 10.1 – К определению погонного затухания Т-волны в коаксиальном волноводе

В прямоугольном волноводе с воздушным заполнением для основного типа волны Н₁₀:

.

В круглом волноводе для основного типа волны Н₁₁:

.

Рисунок 10.2 – Зависимость затухания от частоты для круглого волновода	Рисунок 10.3 – График затухания в полосковой линии

Из графиков для круглого волновода (см. рисунок 10.2) видно, что диапазон одномодовой работы и диапазон минимального затухания не совпадают. При частоте приближающейся к потери растут за счет уменьшения толщины поверхностного слоя (повышения сопротивления). В прямоугольном волноводе графики выглядят аналогично. Однако для круглого волновода есть исключения волны типа H_om, для этих волн потери неограниченно убывают при увеличении частоты (объясняется это тем, что есть только азимутальные составляющие тока, которые убывают по амплитуде с ростом частоты). При этом существенный выигрыш можно получить при отношении , тогда получаемое затухание 1 2 дБ/км. Ограничение для других типов волн делают в виде колец или спирали, наносят на металл поглощающую пленку и т.д.

С точки зрения затухания полосковая линия подобна коаксиальной линии. В случае сплошного диэлектрического заполнения затухание в полосковой линии соизмеримо с коаксиальной линией, диаметр внешней оплетки которой равен 2b. Главное отличие от коаксиальной линии в том, что здесь нет оптимального с точки зрения потерь соотношения между размерами проводников (см. рисунок 10.3).

Выбор типа линии и размеров поперечного сечения ведется исходя из заданного значения КПД, максимальной пропускаемой мощности Р_ДОП, работы на единственном типе колебания (одномодовый режим), в заданном диапазоне частот f_MAX-f_{MIN ,} при минимуме вносимых искажений. Линия должна обладать необходимой степенью экранировки (ЭМС), и разумеются конструктивно – экономические факторы (габариты, вес, стоимость и т.д.).