3. Затухание в Рйруглых волноводах на основной волне Нц меньше, чем затухание в прямоугольных волноводах на основной волне Ню.

4. Заметное увеличение затухания вызывают швы внутри волноводов, поэтому предпочтительнее применять цельнотянутые вол-новодные трубы.

5. При заполнении волновода диэлектриком его затухание заметно возрастает. Увеличение затухания вызывается как тепловыми потерями в самом диэлектрике, так и ростом потерь в стенках волновода из-за уменьшения размеров его поперечного сечения 8 Ve. раз.

5.8. ПРЕДЕЛЬНЫЕ МОЩНОСТИ В ПРЯМОУГОЛЬНОМ И КРУГЛОМ ВОЛНОВОДАХ

Предельной мощностью Рпр называется мощность, рри. которой в режиме бегущей .волны напряжеквость электрического поля в линии достегает пробив-иого знаиения £пр, вызывающего электрический пробой.

Проблема электрического пробоя в прямоугольном и круглом волноводах обычно возникает в мпулйсвом режиме, поскольку в этом режиме мощность от источников СВЧ энергии может значительно превысить предельные мощности стандартных волноводов.

Рассмотрим метод расчета лредельной .мощности на примере .прямоугольного волновода, .работающего на волне Ню. Мощность, передаваемая этим волноводом, может быть определена с помощью соотношения (2.25). .Принимая во внимание, что поперечные составляющие магиигного и электрического полей соответственно равны Нт=Ях=Ет/2н, Ет=£у=£о sin(nx/a), можно определить

где Ео - амплитуда электрического поля в центре волновода. После интегрирования получим

Амплитуда электрического поля в центре волновода

Ео = У4Рсрн/(а6). (5..15)

Полагая £0 равной пробивной напряженности fnp, пользуясь (3.26), можно вычислить предельную мощность

Рпр = ( 6/4) (fnp/Zn) = (fl6/4) (Епр/Zc) VMVVT. (5.16)

Для волновода, заполненного воздухом, £пр=ЭО кВАом, а

Р Р 597 ab У1 - (Хо/V) (5.17)

Где раамерность Рпр-кВт, а и b-ом.

На рис. 5.8 показана зависимость предельной мощности от отношения ЯоАкр=Яо/2а. На этом рисунке рабочая область не заштрихована: ее выбор обоснован в следующем параграфе.

При ис1польз.оваНИН волноводов в летательных аппаратах из-за увеличения степени .ионизации и уменьшения давления воздуха с высотой пробивная напря-

женнойть сильно снижается. Предельная мощность Р(%)- с высотой /г(км) изменяется соответственно:

/г=-0; 3; 6; 9; 12; 15 ;; . . Р= 100 : 50 ; 27; 13; 5; 2.

Для оохраяения предельной мощ-ности волноводов их надо герметизировать. В наземных установках с большим уровнем выходной мощности (десятки ме-габатт) для повышения электрияеской прочности используются ге!р1Метизярован-

qj 0,8 г Лд/сгф

Рис. 5.8. Зависимость предельной мощности в прямоугольном волноводе от отношения длины волны возбуждающих колебаний Хо к Кришие-окой длине волны

ные шолиоводы с повышенным давлевиам воздуха. При давлении, близком к атм-осферному, предельная пиковая мощность растет пропорционально давлению. При давлении Рят~о-6 атм этот рост увеличивается и соответствует уравнению

Плохое качество обработки внутренних поверхностей м наличие выступов создают ионизацию воздуха и заметно снижают электрняескую прочность вол-Новода. Неоднородные участки волноводных трактов (переходы, ооединен-ия, повороты я др.) увеличивают отражения волн -в волноводе и нэдряженаости электричеоких полей в МОста.х пучностей, снижая максимальную мощность, передаваемую по ВОЛНОВОДу.

Для повышения электрической прочности волно-вода необходимо улучшать качество обработки внутренней поверхности; избегать введения во внутреннюю область волновода конструктивных неоднородностей, а если необходимо, то за,круглятъ выступы и острые углы и размещать их в местах минимума электрического поля; стремиться к получению однородной гладкой структуры внутренней поЛасти волновода; герметиадравать волноводы, предохраняя их от яо-вадания пыли и грязи; заполнять волноводы воздухом или инертным газом пед .повышенным да-влением.

Расчет волвоводов ведется на допустимую .мощность Рдоп. Допустимой мощностью называют предельную мощность, умноженную на коэффициент запаса электрической прочности. Для .обычных волноводов коэффициент запаса равен 0,2-0,3. Коэффициент запаса должен учитывать неоднородности вызы-вающие местные концентра.ции электрического поля, климатические факторы, наличие стоячей волны, конструкцию линии переда.чи, электрическую прочность элементов крепления и др.

Максимальные ©еличины мощносггей для некоторых чрямоугольиых волноводов с воздушным заполнением на волне Ню .приведены в табл. 5.3 [И].

Заиолнение волновода диэлектриком, -как правило, не повышает его элек-трич-еской прочности из-за уменьшения размеров поперечного сечения. Кроме того, сильное влияние на уменьшение электрической прочности заполненных волноводов .оказывают небольшие воздушные оромежутни между поверхностями металлических стенок и диэлектрикам. Последнее мОЖно устранить, если изготавливать волновод в виде диэле1ктрическ.ого бруска (стержНя), покрытого слоем металла.

5.9. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ ПРЯМОУГОЛЬНОГО И КРУГЛОГО ВОЛНОВОДОВ

Основными требованиями при выборе сечения волноводов являются: стабильность типа волны, минимальные масса и габариты. 0-беопечение стабильности типа волны (структуры электрического поля) без принятия дополнительных мер возможно только при .работе волноводов на низшем типе волны.

Учитывая последнее, из рис. 5.2 и 5.5 находим, что для Прямоугольного волновода рабочие длины волн (Яр) должны быть в пределах а-<.ку,<2а, и для круглого волновода - 2,62i?<V< <;3,41i?. Поскольку вблизи критической длины волны затухание сильно возрастает, то максимальная длина волны в волноводах принимается: а) для прямоугольного волновода Ятах=1,6а; б) для круглого волновода Ятах = 3,2/?. Необходимость обеспечения чистоты волн путем увеличения затухания высших типов требует увеличения минимальной длины волны - рабочего диапазона: а) для .прямоугольного волновода Ятш=1,1а; б) для круглого - Xmin = 2,72/?. Если диапазон рабочих длин волн известен, то в соответствии с вышесказанным размеры широкой стенки прямоугольного волновода, выбирают в следующих пределах:

Vax/l,6<a<Vin/M. (5.18)

Стремление сохранить полосу, уменьшить массу и габариты волновода и компромиссно решить задачу уменьшения потерь и увеличения электрической прочности волновода является причиной выбора нормализованной высоты с таким расчетом, чтобы критические частоты высших типов волн Hoi и Нго были равными 2Ь = а, т. е. Ь = а/2.

Размеры радиуса круглого волновода ограничены пределами

Vax/3.2</?<W2.72. (5.19)

5.10. ВОЛНОВОДЫ МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА

В технике .миллиметровых волн в .ochobiHom используются прямоугольные ВОЛН0В0.ДЫ на .волне Ню .и круглые-на Волне Hoi.

Стандартные сечения волноводов для .миллиметровых Яолн имеют очень малые размеры. При этом уменьшается маиоимальная лередаваёмая мощность, увеличиваются потери и усложняется технология их изготовления. Поэтому при 3-21 её