В линии передачи.

Назначение линий передачи и требования к ним.

Линия передачи – устройство, ограничивающее область распространения электромагнитных колебаний и направляющее поток электромагнитной энергии в заданном направлении.

Назначение линии передачи:

1. Передача мощности от генератора к нагрузке.

2. Трансформация (преобразование) полных сопротивлений нагрузок.

3. Образование резонансных систем.

4. Объединение отдельных СВЧ устройств в единый тракт.

Требования к линиям передачи:

1. Удовлетворительная работа в требуемом диапазоне частот.

Рабочая частота является определяющим фактором в выборе конструкции линии передачи. Например, до 3 ГГц – коаксиальная линия, свыше 3 ГГц – волноводы и полосковые линии.

2. Пропускание заданной мощности.

Предельная мощность пропускания – мощность, при которой значение напряженности электрического поля в линии в режиме бегущей волны достигает пробивного значения.

Допустимая мощность – максимальная мощность в рабочем режиме:

P_доп. = ()P_пред.

3. Обеспечение наименьших потерь энергии.

Они зависят от выбранного типа линии передачи, от рабочей частоты, материала, качества обработки токонесущих поверхностей.

Электродинамическое описание волновых процессов

в линии передачи.

В электродинамике для описания волновых процессов используются волновые функции: E_{n, o} e^{± g× z}; H_{n, o} e^{± g× z} (“ – “ – падающая; “ + “ – отраженная).

Для разработчиков СВЧ аппаратуры основными параметрами являются величина передаваемой мощности, соотношение между падающей и отраженной волнами, фазовая задержка и ослабление мощности на участке линии передачи определенной длины. Эти параметры достаточно легко определяются экспериментально, в то время как измерение компонент электромагнитного поля сопряжено с определенными трудностями. Поэтому вводится единая мера интенсивности электромагнитного поля в любой регулярной линии передачи – нормированное напряжение бегущей волны:

....

U _{n, o}(z) = {Re E_{n, o}, H^*_{n, o}]dS}^1/2 e^{± g× z} = U_{n, o}(0) e^{± g× z}

.

Таким образом, U_{n, o}(z) равно корню квадратному из мощности бегущей волны, поэтому размерность равна . Фаза нормированного напряжения принимается равной фазе поперечной компоненты электрического поля.

Пример.

Рассмотрим прямоугольный волновод с волной H₁₀.

y

E H

.

H_z = H_o cos() e^{-g× z};

.

H_x = j g a sin() e^{-g× z};

.

E_y = j w m_a a sin() e^{-g× z}.

Найдем модуль вектора Пойтинга:

= _y, H^*_x = = sin²(),

где E_max – эффективное значение напряженности электрического поля на оси волновода.

Найдем нормированное напряжение:

...

U_n(0) = {Re dS}^1/2 = ^max { sin²() dx dy}^1/2 = E_max ,

Полученная формула связывает нормированное напряжение с напряженностью электрического поля в волноводе. Поэтому она позволяет оценить электропрочность волновода. Началу пробоя соответствует значение критической напряженности электрического поля диэлектрика E_кр, заполняющего волновод. В результате:

₂

P_кр(0) = ^кр × a× b

Z_C =

P_кр(0) = × a× b×

₂

^кр - для воздуха = 1, 2 МВт/см² – величина вектора Пойтинга в плоской однородной электромагнитной волне в воздухе в момент начала пробоя.

a× b – площадь поперечного сечения.

- учитывает дополнительное снижение электропрочности волновода по сравнению с плоской волной из-за неравномерности распределения поля в поперечном сечении и существования критической длины волны.