1. Линии передачи свч и их параметры

1. Основные определения

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

ЛП представляют собой основу для конструирования узлов и элементов СВЧ трактов.

Регулярная ЛП - это линия в продольном направлении которой:

а) геометрия поперечного сечения постоянна;

б) электромагнитные характеристики среды в которой распространяется волна - постоянны. Если хотя бы одно из условий нарушено - линия нерегулярная.

Однородная ЛП – это линия, в которой электромагнитные свойства среды в поперечном сечении постоянны.

Все линии могут быть поделены на волноводы и открытые ЛП.

Волновод – линия передачи, имеющая одну или несколько проводящих поверхностей с поперечным сечением в виде замкнутого проводящего контура, охватывающего область распространения энергии.

Открытая ЛП – это линия, в поперечном сечении которой отсутствует замкнутый проводящий контур, охватывающий область распространения энергии.

По конструктивному выполнению ЛП можно разделить на:

1. ЛП с изолированными проводниками (двухпроводная, двухпроводная с экраном, коаксиальная, полосковая, четырехпроводная).

1) 2) 3)

4) 5) 6)

7) 8) 9) 10

Рис. 1.1. Конструктивное выполнение линий передачи: 1) двухпроводная;

2) четырехпроводная; 3) коаксиальная 4) несимметричная полосковая; 5) симметричная полосковая; 6) щелевая: 7)полый прямоугольный металлический волновод, 8) полый круглый металлический волновод, 9),10) Н и П - образные металлические волноводы.

2. Полые волноводы (прямоугольный, круглый (эллиптический), П-образный, Н-образный).

3. Однопроводные открытые линии (линии с поверхностными волнами, диэлектрические волноводы).

2. Электрические параметры лп

В число основных электрические параметров ЛП входят следующие характеристики:

1. Типы волн, критическая частота, основной тип волны.

2. Длина волны в тракте.

3. Фазовая скорость и ее зависимость от частоты – дисперсионная характеристика линии.

4. Характеристическое сопротивление.

5. Токи и напряжения.

6. Волновое сопротивление.

7. Погонное затухание.

8. Максимальная пропускаемая мощность.

1. Типы волн в линии передачи

Типы волн в линии характеризуются наличием или отсутствием продольных (вдоль направления распространения) составляющих полей Е_ и Н_ ( - продольная координата) и структурой поля в поперечном сечении линии.

Волна Т - поперечная электромагнитная волна. Продольные компоненты поля отсутствуют (Е_ = 0, Н_ =0). Волна Т может существовать только в линии, образуемой не менее чем двумя изолированными проводниками.

Волна Е - электрическая волна. Для нее Е_  0, Н_ =0.

Волна Н - магнитная волна. Для нее Е_ = 0, Н_ 0.

Волны НЕ и ЕН - гибридные волны. Для них Е_  0, Н_ 0. Эти волны свойственны линиям с неоднородным диэлектрическим заполнением поперечного сечения (например, диэлектрический волновод).

Критическая частота (критическая длина волны) – наименьшая частота, при которой в линии возможно распространение волны заданного типа.

Пример.

Для волны типа Т и волны НЕ₁₁ (диэлектрический волновод) критическая частота равна нулю.

Для волны Н₁₀ в прямоугольном волноводе критическая длина волны равна 2а, где а – размер широкой стенки волновода.

Волна основного типа – волна с минимальной критической частотой в линии заданного типа. Для коаксиальной, полосковой, двухпроводной линий - это волна типа Т, для прямоугольного волновода - волна Н₁₀, для круглого волновода – волна Н_11, для диэлектрического – волна НЕ₁₁.

Волны высшего типа– к этому типу волн относятся волны, критическая частота которых больше критической частоты волны основного типа. Для коаксиальной линии, круглого волновода, прямоугольного волновода - это волны Е_nm и Н_nm (исключая для соответствующей линии основной тип волны).

Волны, имеющие критическую частоту не равную нулю, могут быть в зависимости от размеров поперечного сечения тракта либо распространяющимися, либо затухающими (в последнем случае амплитуда соответствующей волны спадает по экспоненте вдоль линии при удалении от точки возбуждения).

Если в регулярной линии распространяется несколько типов волн – они ортогональны друг другу, т.е. распространяются вдоль линии независимо и не взаимодействуют друг с другом.

В дальнейшем всегда будет рассматриваться распространение в линии только одного типа волны, как правило, основного типа, если иное особо не оговаривается.