круглого волновода. Из рассмотрения структуры полей этих волн и графика рис. 5.5 следует:

1) низшим типом волны в круглом волноводе является.волна типа Нц;

U3f< 5/1 rr

Длина вдлныбог

1,т Г9ЯZ,06R Z,e2R 3,Ш Ло

Рис. 5.5. Раокределевие критдчеоких длин волн iB круглом волноводе

Рис. 5.6. Представление волны Нц в виде суммы двух линейно-:поляризо-ванных вза1Нмно-иерпендикуляр.ных ВОЛН

2) волна Нц в круглом волноводе сходна с волной низшего типа Ню в прямоугольном волноводе. Волну Нц можно представить в виде суймы двух взаимно-перпендикулярных волн (рис. 5.6). Обе волны имеют одинаковый коэффициент распространения и являются вырожденными. При наличии неоднородности, в том числе небольшой эллиптичности или другого нарушения формы поперечного сечения круглого волновода, амплитуды и фазовые скорости двух волн становятся разными, что приводит к повороту плоскости поляризации суммарной волны. Контроль плоскости поляризации труден, поэтому волны Нц в круглом волноводе редко используются для передачи энергии;

3) простейшее по строению азимутально однородное поле волны Ноь как и поля других волн Hon в круглом волноводе, интересны тем, что на стенках волновода составляющая Яф отсутствует и существует только продольный компонент вектора Н. Последний также стремится к нулю при а следовательно, в пределе у стенок поле отсутствует и тока нет. Это объясняет малое затухание волн Hoi (Hon) в круглом волноводе;

4) волна Ео1 в круглом волноводе обладает круговой симметрией. Благодаря этому она используется во вращающихся соединениях антенных устройств. Кроме того, наличие продольной составляющей электрического поля, сконцентрированного вдоль оси волновода, позволяет применять круглые волноводы на волне Ео1 в линейных электронных ускорителях;

5) при передаче энергии выгодно использовать круглый волновод на волне Hoi, отличающейся малым затуханием. Основная трудность использования волн Hoi в круглом волноводе связана с тем, ЧТО эта волна не является низшим типом колебаний. При передаче энергии на волне Hoi могут возбуждаться волны Нц, Еоь Ец, Нгь Поэтому любые неоднородности: изгибы, скрутки, несовпадение и овальность сечений и т. д. приводят к преобразо-

ванию типов волн и связанному с этим искажению сигналов и увеличению потерь энергии, что определяет повышенные требования к точности изготовления волноводов и устройств на их основе.

, - 5.7. ЗАТУХАНИЕ ВОЛН

В КРУГЛЫХ И ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ВОЛНОВОДАХ

Затухание волн в волноводах уменьшает коэффициент полезного действия системы передачи, увеличивает тепловые шумы и этим снижает чувствительность приемной части радиосистемы, ухудшает электрические характеристики элементов и узлов радиоаппаратуры, основанных на использовании отрезков линий передачи.

Выше было отмечено, что затухание волн в волноводах, в основном, определяется тепловыми потерями в диэлектрике, заполняющем линию передачи (если такое заполнение имеется) и потерями в металлических стенках волновода. Коэффициент затухания за счет тепловых потерь в диэлектрике определяется уравнением (2.48), которое справедливо для всех реальных линий передачи со сплошным заполнением.

Коэффициент затухания за счет тепловых потерь в металлических стенках волноводов определяется соотношением [7]:

где - касательная составляющая вектора напряженности магнитного поля на поверхности металла; Рср - передаваемая ; средняя мощность в начале линии; Rs - активная составляющая поверхностного сопротивления; I - контур, взятый по периметру волновода.

Как следует из (5.12), коэффициент затухания за счет тепло-, вых потерь в металлических стенках волноводов зависит от струк-к туры электромагнитного ноля (от распределения Я. на поверхности металла) и от поверхностного сопротивления. Решение (5.12) с учетом структуры поля позволяет найти формулы для определения коэффициента затухания, которые для прямоугольного волновода приведены в табл. 5.1, а для круглого - в табл. 5.2.

На рис. 5.7 показана частотная зависимость затухания для незаполненных волноводов. На частотах ниже критической затухание определяется возвратом значительной части энергии обратно i к источнику. Как было установлено в § 3.3, в этом случае коэф- .фициент распространения yi является действительной величиной, Ьпределяющей затухание волновода (в дБ) в этой области частот, которое согласно (3.20) равно

а = 8,68 = 8,68 (2лАр)/1 - {K/Xgf. (5.13)

Кривые затухания (см. рис. 5.7) из этой области плавно переходят в область частот больше критической (/>/кр), где затуха-

ние определяется потерями в стенках волновода (штриховой линией обозначен ход теоретических кривых).

Быстрый рост активных потерь в волноводах ;при частотах, близких к критической, обусловлен колебаниями энергии в поперечном сечении волновОда и уменьшением скорости передачи энергии (групповой скоро-

сти). Резкое увеличение затухания вблизи критической длины волны ограничивает длинноволновую часть рабочего диапазона волновода при-Мбрно до О.бХкр. С увеличением частоты (/>/кр) коэффициент .затухания сначала быстро уменьшается, но затем, пройдя через минимум, Онова начинает увеличиваться из-за явления скин-эффекта. Аномальными СВОЙСТВам.и обладают волны типа Ноь затухание которых уменьшается по мере удаления от критической частоты, не проходя через мини-S АГГц мум. Относительно затухания Рис. 5.7. Частотные зашюимости коэф- олн В волноводах необходимо фяциента з.а:туха.н.ия озюлноводов сделать следующие общие замечания:

1. Затухание растет при уменьшении сечения волновода (см. табл. 5.3). Поэтому на волнах порядка 1 см и короче прямоугольные волноводы применяются в виде коротких отрезков.

2. На частотах значительно ниже критической коэффициент затухания практически не зависит от частоты

а = 8,68(2яДр). (5.14)

VifQ S />рямо-

- угольном СолноВоЬе

a=Z,5cM

Hff В ируглом

- волтВоде

on 01 в Jf/глом Волноводе

Характеристики прямоугольных волноводов

Таблица 5.3