Приближенные граничные условия Леонтовича – Щукина

Эти граничные условия рассматриваются для векторов элек­тромагнитного поля на границе с реальным проводником . В отличие от строгих граничных условий они связывают значе­ния касательных составляющих векторов электромагнитного поля в первой среде через волновое сопротивление второй среды и тем самым избавляют от необходимости при решении граничных задач рассматривать поле внутри проводника. Приближенность этих условий следует из предположения, что на основании (43) электромагнитная волна в реальном проводнике распространяет­ся под прямым углом к его поверхности и поэтому на границе раздела можно считать , . Тогда из очевидного соотношения следует, что

; (44)

Выражение (44) называется приближенным граничным условием Леонтовича - Щукина.

Эти условия применимы и для криволинейных поверхностей проводников, так как в каждой точке его поверхности . При этом радиус кривизны поверхности должен быть значительно больше глубины проникновения поля в проводник, т.е. . Это условие должно учитываться при оценке влияния шерохова­тости поверхности, проводника на величину потерь.

Понятие поверхностного тока и поверхностного сопротивления

Поле в реальном проводнике убывает как , где поэтому оно проникает на небольшую глубину. Соответственно токи тоже сосредоточиваются в тонком слое на поверхности проводников и их принято называть поверхностными токами . Это явление называют поверхностным эффектом в проводниках.

Поверхностный эффект сильно уменьшает токонесущее сече­ние проводников и значительно увеличивает их сопротивление. Для оценки этого влияния вводят понятие поверхностного сопро­тивления как

; (45)

Сопоставляя (44) и (45} нетрудно заметить, что величина по­верхностного сопротивления равна значению волнового со­противления проводника :

; (46)

где - глубина проникновения поля в проводник. Активная часть поверхностного сопротивления будет . Понятие поверхностного сопротивления значительно упро­щает расчет мощности потерь в проводнике, заменяя интегриро­вание по объему на интегрирование по поверхности.

Лекция 6 Линии передачи свч диапазона

Направляющие системы, или линии передачи, предназначены для передачи электромагнитной энергии. Существует много ти­пов направляющих систем, каждая из которых применяется в определенной области техники СВЧ и в определенном диапазоне частот. Ниже будут рассмотрены линии передачи, которые по всем своим параметрам не имеют зависимости по продольной ко­ординате Z и имеют однородное заполнение. Такие линии на­зываются регулярными и однородными. Их классификацию прово­дят следующим образом.

1 . Линии передачи закрытого типа - это линии по своей конструкции полностью экранированные от внешнего пространства. К ним относятся коаксиальные кабели, полые волноводы экранированные двухпроводные линии (рис. 4, а, б, в ) и др.

2. Линии полуоткрытого типа это линии, не имеющие полной экранировки от соседних линий передачи и внешнего пространства. К ним отно­сятся различные полосковые линии пе­редачи (рис. 4, г, д).

3. Линии открытого типа - это линии, не имеющие экранировки от внеш­него пространства. К ним относятся двухпроводные линии, диэлектрические Рис. 4 волноводы и др. (рис. 4, е, ж). Основные технические требования к направляющим систе­мам сводятся к следующему: минимальное затухание на единицу длины линии, максимальная экранировка или помехозащищенность, диапазонность, максимум допустимой мощности передачи. Конст­рукция линии должна обладать минимальными размерами, весом, стоимостью. Характерным для всех линий передач СВЧ диапазона является то, что в зависимости от их поперечного сечения электромагнитное поле в них может распространяться в виде бесконечно большого числа типов колебаний (типов волн), от­личающихся друг от друга структурой поля. Параметры этих ти­пов колебаний находятся из решения однородного волнового уравнения Гельмгольца с учетом граничных условий на стенках ли­нии передачи. В общем случае в отличии от плоской волны в свободном пространстве электромагнитное поле во всех направ­ляющих системах может иметь продольные составляющие поля и . в зависимости от наличия этих составляющих про­водят следующую классификацию типов волн в линиях передачи.

1. Поперечные волны (волны типа Т) - это волны, для которых .

2. Волны, имеющие и , их называют волнами типа Н или ТЕ. . здесь Т означает, что Е только поперечное.

3. Волны типа Е или ТН - для них ,а ,

4. Волны НЕ типа - для них и .