5.6 Круглые волноводы

Применяются во вращающихся соединениях, в устройствах для получения волн с вращающейся поляризацией и в некоторых других случаях. Вследствие того, что в круглых волноводах возможно изменение направления поляризации в местах неоднородностей, они редко применяются в качестве основных линий передачи.

В круглых волноводах чаще других используются волны типов H₁₁, E₀₁ и H₀₁. Структура поля этих волн в поперечном сечении линии показана на рисунке 5.8 .

Рисунок 5.8 – Типы волн в круглых волноводах

Волна типа H₁₁ является основным типом колебаний в круглом волноводе. Критическая длина волны . По своим свойствам волна H₁₁ похожа на волну H₁₀ в прямоугольном волноводе.

Волна типа E₀₁ является наинизсшей из осесимметричных волн и находит применение во вращающихся сочленениях. Критическая длина волны .

Для обеспечения возможности распространения волн типа E₀₁ и исключения волн высших типов необходимо выполнять условие , где – критическая длина волны ближайшего высшего типа H₂₁. При выполнении этого условия кроме волны E₀₁ в волноводе может распространяться волна основного типа H₁₁.

Определенные перспективы имеет передача электромагнитной энергии по круглому волноводу с помощью волны H₀₁. Это обусловлено тем, что с повышением частоты затухание волны этого типа уменьшается. Критическая длина волны . Волна типа H₀₁ распространяется, а высшие типы волн исключаются, если выполняется условие . При этом в волноводе могут распространяться низшие типы волн H₁₁, E₀₁, H₂₁, а так же волна типа E₁₁. Таким образом, при использовании волны типа H₀₁ необходимо принимать специальные меры к чистоте возбуждения волны H₀₁.

5.7 Полосковые линии

Полосковые линии получили в последние годы широкое применение в технике СВЧ. В этих линиях передачи токоведущие элементы выполнены в виде тонких металлических полосок или пленок, разделенных слоями диэлектрика – подложкой (относительная диэлектрическая проницаемость материала подложки ). Относительно высокая диэлектрическая проницаемость подложек позволяет заметно уменьшить поперечные размеры полосковых линий. Конструкции устройств СВЧ из полосковых линий выполняются с использованием современных тонкопленочных технологий и хорошо сопрягаются с печатными схемами низкочастотных узлов, устройств электроники и связи.

Вид поперечного сечения открытой полосковой линии и приблизительная структура поля показаны на рисунке 5.9, где b – ширина полоски, h – толщина подложки, – относительная диэлектрическая проницаемость материала подложки.

Рисунок 5.9 – Открытая полосковая линия. Волна квази-T

Строгий анализ электромагнитного поля полосковых линий показывает, что основной тип колебаний линии передачи является гибридным (). Однако при можно пренебречь продольными составляющими поля. Такая волна называется квази-Т волной.

Электромагнитные поля полосковой линии существуют и в подложке и над подложкой в свободном пространстве. Для определения скорости распространения волны в полосковой линии вводится понятие эффективной диэлектрической проницаемости:

(5.27)

Приближенное выражение для определения волнового сопротивления волны квази-Т в полосковой линии передачи:

(5.28)

Потери в полосковой линии складываются из потерь в металле, диэлектрике и потерь на излучение. Для защиты линий от внешних электромагнитных воздействий в конструкцию линий вводятся экраны или линия помещается в металлические кожухи. В таком коробе удобно поместить две или несколько параллельных линий, которые называются связанными. Такие конструкции используются для построения ответвителей мощности, частотных фильтров, делителей мощности и др.