Главная | Случайная
Обратная связь

ТОР 5 статей:

Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия

Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века

Ценовые и неценовые факторы

Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка

Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы

КАТЕГОРИИ:






Краткие сведения по теме




С увеличением частоты потери энергии во внутреннем проводнике и диэлектрике коаксиального фидера возрастают, и его КПД становится малым. В коротковолновой части дециметрового диапазона, в диапазоне сантиметровых и более коротких волн в качестве фидеров применяются волноводы прямоугольного, круглого и эллиптического сечения.

В отличие от двухпроводной и коаксиальной линий с воздушным диэлектриком, в которых электромагнитное поле, как и в плоской волне, не имеет продольных составляющих, распространяется со скоростью света и обладает в направлении распространения периодичностью с длиной волны l, в волноводах волны такого типа (их называют поперечными или Т-волнами), распространяться не могут.

В волноводах лишь один из векторов, электрический или магнитный, расположен в плоскости, перпендикулярной направлению распространения. Второй вектор поля (соответственно магнитный или электрический), для обеспечения выполнения граничных условий, обязательно будет иметь продольную составляющую.

Другой особенностью волноводов является то, что в плоскости поперечного сечения напряженности того и другого вектора обладают пространственной периодичностью, подобной стоячим волнам в короткозамкнутой линии. Вдоль каждого из двух взаимно перпендикулярных размеров сечения волновода должно укладываться целое число таких полуволн - m,n (0,1,2,...к). Значения m и n не могут быть равны нулю одновременно.

Таким образом, в волноводах могут распространяться электромагнитные волны лишь определенных типов: поперечно-магнитные (Е-волны), в которых продольную составляющую имеет вектор Е, и поперечно-электрические (Н-волны), в которых продольную составляющую имеет вектор Н. В каждом из этих типов волн будут различаться волны, имеющие различную периодичность в поперечной плоскости, обозначаемые Н mn, Е mn. Периодичность поля в направлении распространения, т.е. длина волны lв вдоль волновода, будет определяться периодом продольной составляющей поля.

Использование волновода в условиях, когда в нем возможно распространение нескольких типов волн, обычно является нежелательным, так как вследствие различия фазовых и групповых скоростей возможны искажения передаваемых сигналов. Поэтому на практике стремятся, чтобы во всем интервале рабочих длин волн имелось только одно, причем наименьшее, значение (кmn)мин. При этом в волноводе будет распространяться основной тип волны. Для выполнения этого требования наибольшая допустимая длина волны передаваемых сигналов не должна превышать lкр=2π/(кmn)мин, а минимальная длина волны должна быть больше, чем lкр для ближайшего высшего типа волны.

Если же необходимо, чтобы в волноводе распространялся один из высших типов, то принимают меры для подавления нежелательных типов волн.

Основной для прямоугольного волновода является волна типа Н10, которая характеризуется постоянством амплитуд поля Е по оси y и изменением по закону sin(πx/a) по оси x. Фазовая скорость и длина волны типа Н10 в прямоугольном волноводе определяются внутренним размером широкой стенки волновода и соответственно равны:

 

;

 

.

 

Групповая скорость волны Н10 в волноводе:

 

.

 

Критическая длина волны =2а. По волноводу могут распространяться только волны короче . Для возможности распространения энергии по волноводу необходимо, чтобы a>0,5l.

Затухание, в децибелах, на один метр длины, прямоугольного волновода

,

 

где b- внутренний размер узкой стенки волновода;

s- проводимость металла, из которого выполнены стенки волновода, См/м (для меди s=5,8*107, латуни марки Л-96 s=4,07*107).

Реальное затухание в волноводе больше рассчитанного по приведенной формуле в среднем в 1,05-1,2 раза. Увеличение затухания обусловлено шероховатостью стенок волновода и их окислением, которые в формуле не учтены. Уменьшение затухания достигается увеличением поперечного сечения волновода и серебрением его внутренней поверхности. Стабилизация затухания во времени обеспечивается антикоррозийным покрытием, однако увеличение поперечного сечения ограничено из-за возможности появления в волноводе волн высших типов Н20, Е11 и др.

Для распространения волны Н10 и исключения возможности существования других типов волн необходимо, чтобы выполнялись следующие условия: наиболее длинная волна рабочего диапазона должна быть меньше удвоенной длины широкой стенки волновода, наиболее короткая волна должна быть больше широкой стенки. Узкая стенка волновода обычно меньше половины широкой стенки. Таким образом, внутренние размеры сечения волновода равны:

 

,

 

.

 

В диапазоне 3,4-3,9 ГГц рекомендуется применять прямоугольные волноводы с внутренним сечением 58X25 мм с затуханием 3,6-4 дБ/100 м и 72X34 мм с затуханием 2-2,4 дБ/100 м, выполненные из латуни марки Л-96 с 96% содержанием меди, секциями длиной до 5 м и толщиной стенок 2 мм. В диапазоне 5,6-6,2 ГГц рекомендуются волноводы с сечениями 40 X20 мм с затуханием 3,5-4 дБ/100 м и 48 X 24 мм с затуханием 3,5-4 дБ/100 м.

Кроме волноводов прямоугольного сечения применяются круглые волноводы, особенно в случаях, когда антенна одновременно используется на прием и передачу и работает с полями, имеющими вертикальную и горизонтальную поляризации. Полям с вертикальной и горизонтальной поляризациями в антенне будут соответствовать в волноводе волны типа Н11 с взаимно перпендикулярными направлениями вектора Е. Работа с взаимно перпендикулярными поляризациями позволяет улучшить развязку между приемниками и передатчиками за счет поляризационной избирательности антенно-волноводного тракта. Последняя будет эффективной только в том случае, когда отсутствует перекрестная поляризация. Перекрестной поляризацией называется явление, когда за счет поля с основной поляризацией появляется поле с перпендикулярной поляризацией. Перекрестная поляризация ухудшает развязку между передающим и приемным трактами. Перекрестная поляризация вызывается эллиптичностью волновода, т.е. отличием сечения волновода от круглого, а также изгибами, вмятинами и небрежным монтажом. При изготовлении круглых волноводов всегда имеется некоторая эллиптичность сечения. При диаметре 70 мм неточность медных волноводов достигает 200 мкм. Для увеличения точности выполнения волноводы такого диаметра изготовляют из стали с медным покрытием, т.е. биметаллическим. Толщина стали биметаллического волновода 3,7 мм, меди 0,3 мм. В таком волноводе отклонение поперечного сечения от расчетной величины не превышает 500 мкм. Установлено, что при совпадении направления вектора Е с одной из осей эллипса поперечного сечения волновода положение плоскости поляризации волны в волноводе не будет изменяться.

Для уменьшения перекрестной поляризации при монтаже стыкуемые секции поворачивают до совпадения осей эллипсов отдельных секций волновода. Для облегчения сборки на волноводных секциях заводы-изготовители ставят метки. Биметаллические волноводы за счет меньшей зеркальности внутренней поверхности имеют затухание примерно на величину 0,2 дБ/100 м большее по сравнению с медными.

Волна типа Н11 является основной для круглого волновода. Для передачи волны Н11 диаметр круглого волновода должен быть:

 

.

 

Затухание волны Н11 в волноводе круглого сечения, дБ/м,

 

,

 

где r - внутренний радиус волновода, м; - проводимость металла, из которого выполнены стенки волновода, См/м; - длина волны, м.

Для снижения затухания диаметры волноводов берут больше, чем это определяется условием. Например, в диапазоне частот (3,4 - 3,9) ГГц рекомендуется применять волноводы диаметром 70 мм с затуханием (1,4 - 1,6) дБ/100 м, а в диапазоне (5,6 - 6,2) ГГц - диаметром 46 мм с затуханием (3 -3,5) дБ/100 м. В этом случае кроме основной волны распространяется еще и волна Е01. Волновод с 70 мм может применяться на более высоких частотах (например, в диапазоне 6 ГГц), допуская существование еще большего числа волн высших типов.

Для обеспечения распространения лишь основного типа волны высшие типы должны быть подавлены.

Для подавления волн высших типов, имеющих продольную составляющую поля Е, параллельно полю Е подавляемой волны располагают стержни из материала с малой проводимостью, например, диэлектрические стержни, покрытые окисным слоем.

Для увеличения гибкости волноводы гофрируют с шагом гофра (0,12 - 0,15) ср и глубиной гофра приблизительно равной 0,05 ср. При вертикальной подвеске в волноводе возникают осевые усилия, сжимающие малую ось эллипса, причем большие нагрузки вызывают необратимые процессы деформации. При заполнении внутреннего пространства волновода избыточным газовым давлением удлиняется малая ось эллипса. Волноводы допускают давление (1,5 - 2)*105 Па. Гибкие волноводы изготовляют большей длины и транспортируют в свернутом виде на барабанах. Эллиптические волноводы применяются в подвижных радиорелейных системах, когда требуются частые развертывания и свертывания линий связи, а также в стационарных радиорелейных системах особенно на участках, где волноводные тракты изменяют свое направление, например при переходе из вертикального положения в горизонтальное.

Жесткие волноводы изготовляются секциями длиной до 5 м, которые на концах заканчиваются фланцами. Фланцевые соединения должны исключить возможность просачивания энергии из волновода и быть герметичными. Фланцы имеют кольцевые канавки, в которые закладывают уплотняющие прокладки из морозостойкой резины и металлические кольца, уплотняющие резину и устраняющие просачивание энергии из волновода.

Недостаточно точное сопряжение волноводов в стыках вызывает отражения. Уменьшение отражений достигается специальной обработкой концов волноводов серебрением (с покрытием палладием) соприкасающихся поверхностей и применением калиброванных болтов или шпилек. Фланцы наружных волноводов должны выдерживать значительную механическую нагрузку. С учетом гололеда нагрузка на верхний фланец при длине вертикального волновода 50 м может достигать 1 т. Медные и латунные волноводы крепятся жестко к телу мачты только в верхней своей части.

Материал волновода (латунь) и мачты (сталь) имеет разные коэффициенты линейного расширения. Закрепление волноводов к мачте в нескольких точках при изменении температуры приведет к деформации волновода. Вертикальные волноводы для устранения поперечных колебаний снабжаются проходными муфтами, устанавливаемыми через (5-7) м. Промежуточное крепление волноводов осуществляется через (15-20) м посредством пружинных подвесов. Биметаллические волноводы позволяют производить жесткое крепление по всей длине без пружинных подвесов.

Наличие влаги в волноводе увеличивает его затухание. Во избежание этого наружные волноводы герметизируют и содержат под избыточным давлением (0,2-0,5)*103 Па осушенного воздуха. Для герметизации в нижней и верхней частях волноводов устанавливают герметизирующие вставки. Герметизирующие вставки выполняются в виде волноводных разъемов с двумя тонкими диэлектрическими пленками, установленными поперек волновода.

 

Пример 1. Выбрать сечение прямоугольного волновода для работы с волной типа Н10 на частоте 10ГГц.

 

Решение

 

Длина волны в свободном пространстве:

 

 

Внутренний размер широкой стенки волновода:

a=(0,525-0,95)l=0,7*3=2,1см.

 

Внутренний размер узкой стенки волновода:

 

b=(0,3-0,5)a=0,5*2,1=1см.

 

Выбираем сечение волновода 10х21мм2. Данный волновод обеспечивает возможность работы в диапазоне волн:

 

l=а/(0,525-0,95)=2,1/(0,525-0,95)=(2,2-4) см,

 

что соответствует частотам (7,5-13,6) ГГц.

 

Пример 2. Для работы в диапазоне частот (5,6-6,2) ГГц выбрать размеры сечения прямоугольного волновода и определить затухание в нем. Волновод выполнен из меди =5,8*107См/м.

Решение: Рабочему диапазону соответствуют длины волн:

 

 

 

При выборе широкой стенки волновода будем исходить из условия

 

 

 

 

Для получения минимального затухания выберем максимально допустимую ширину волновода, равную 40мм, сечение волновода 40х20мм2. В исключительных случаях можно использовать волновод с а=0,99lкор=48мм и сечением 48х24мм2.

Затухание в волноводе на частоте 5,6 ГГц

 

=

 

дБ/м

 

Пример 3. Для работы в диапазоне частот (3,4-3,9) ГГц выбрать диаметр круглого волновода и определить затухание в нем. Материал волновода латунь Л-96 =4,07См/м.

Решение

 

 

 

Диаметр волновода, допускающий распространение кроме волны Н11 еще и волны Е01, определяется условием:

 

0,765lдл<D<0,925lкор

 

0,765lдл=0,765*8,8=6,7см=67мм

 

0,925lкор=0,975*7,7=7,1см=71мм

 

Стремясь получить наименьшее затухание и допуская возможность распространения волны Е01, из условия 68<D<71 выберем D=2r=70мм.

Затухание волны Н11 на минимальной частоте диапазона 3,4ГГц

 

=

= 0,011дБ/м

 

 

Содержание отчета:

 

1. Цель занятия.

2. Основные соотношения.

3. Результаты выполнения индивидуального задания.

4. Выводы по результатам выполнения индивидуального задания.

 

Контрольные вопросы:

 

1. Каковы требования, предъявляемые к волноводным линиям передачи энергии.

2. Каковы условия распространения волны в волноводе?

3. Какие Вы знаете типы волн в волноводе?

4. Как определить сечение прямоугольного волновода при заданной длине волны?

5. От чего зависит затухание волны в волноводе?

6. Чему равна наибольшая допустимая длина волны передаваемых сигналов?

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

 






Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

vikidalka.ru - 2015-2019 год. Все права принадлежат их авторам! Нарушение авторских прав | Нарушение персональных данных