лередаме больших мощностей яли при (передаче а большие расстояния используются эти же ВОЛНОВОДЫ увеличенных размеров.

Допускается увеличение размеров стенок прямоугольных волноводов в 2-3 раза по сравнению со стандартными. Дальнейшее увеличение значительно затрудняет борьбу с высшими типами волн и не приводит к уменьшению затухания. Увеличивая размеры прямоугольного волновода, можно на порядок уменьшить затухание по Сравнению с затуханием волновода ста1ндартнОГО сечения. Для ум-еньшения количества высших (паразитных) типов волн волновод раюШИренного сечения следует вШбуждать длинным переходом (до 20Яв) и использовать фильтры типов волн.

Круглые волноводы расщиренного сечения на волне iHoi обладают относительно небольшой величиной затухания, позволяют пропускать достаточно вы-соний уровень мощности и технолопичесш более просты, ч-ем прямоугольные волноводы. Однако здесь 1вовника.ют значительные )трудности из-эа необходимости борьбы с многочисленными высшими т1Ипамя волн.

Для борьбы с высш-ими типами волн рекомендуется покрывать внутреннюю поверхность .круглого волновода СЛоем диэлектрика (лака), тозволяющего существенно повысить затухание паразитных волн. -Слой диэлектрика должен быть достаточно тонким, чтобы не вызывать сильного затухания волны Hoi. В вол-новоде .диаметром 50 мм в слое диэлектрика толщиной 0,1 амм при Ко - =4 м-м МОЖНО получить затухание для волн типа Hci - 1 дБ/жм, для волн Нц и Н21 - порядка 1000 дБ/км.

Другим -методом .борьбы с параэитны.мИ типами .волн при прим-еневии .круглых волноводов на вадне Нщ может быть изготовление круглого волновода из чередующихся металличесшх и ДиэлекгричеСКих колец. В .этом случае .нарушение продольной -проводимости волновода не препятствует распрос-чраяению ВОЛиы Но1, во создает -значительное затухание волн с продольными составляющими токов провод-вмости.

5.11. КОАКСИАЛЬНЫЕ ВОЛНОВОДЫ

Существуют гибкие (коаксиальные кабели) и жесткие конструкции коаксиальных волноводов. Коаксиальные кабели заполняются гибким диэлектриком, внешний проводник выполняется из оплетки, изготовленной из медной проволоки, внутренний проводник - медная проволока или несколько сплетенных проволок. В жестких конструкциях внешний и внутренний проводники изготавливаются из латуни или -биметалла (стальная трубка или проволока, покрытые слоем меди).

Коаксиальное расположение внутреннего и внешнего проводника фиксируется изолирующими шайбами, стержнями и др.

Известно, ЧТО по коаксиальному волноводу может передаваться электрическая энергия на любых частотах, включая частоту постоянного тока. Последнее означает, что в коаксиальной линии могут возбуждаться статические ноля, отличительной особенностью которых является отсутствие продольных составляющих, т. е. 1ПОЛЯ волн Т-типа. Структура- этих, полей относится к низшему (рабочему) типу волн в коаксиальной линии.

Структура поля. Рассматривая уравнения Максвелла в цилиндрических координатах :[2] при Ez=H.z=0, можно установить, что магнитное поле коаксиального волновода содержит лишь одну составляющую Яф. Магнитные силовые линии располагаются концентрически вокруг внутреннего .провода (вокруг оси г). Электрическое поле имеет также только одну составляющую Ег, направленную по радиусам паперечного сечения волновода. Структура 1ПОЛЯ Т-волны в поперечном сечении коаксиального волновода показана на рис. 5.9,а.

Л/Z d/2.0d/l Л/г S)

Рис. 5.10. CxpyiKTyipa поля волны Нц в коаисваяьном волно-воще

Рис. 5.9. Коаксиальный волновод:

е -распред-еление поля Т-,бол-ны; б - эпюра распределения поля Т-волны

Используя закон полного тока (2.8), найдем, что

и E,Z,H = (377/V)(I/2nr)

E,=mi/{yer).

(5.20)

На рис. 5.9,6 приведены эпюры распределения напряженностей магнитного и электрического полей в коаксиальном волноводе.

Рабочий диапазон частот коаксиальных волноводов ограничивается только со стороны высоких частот возможным возбуждением высших типов волн. Ближайшим высшим типом волн, возбуждаемым в коаксиальном волноводе, является волна типк Нц, сходная с волной Нц в круглом волноводе. Структура подя волны Нц в плоскости поперечного сечения приведена на рис. 5.10. Критическая длина волны типа .Нц определяется формулой

, (5.21)

Kpn(D + d)/2. 67

Таким образом, высшие типы волн в коаксиальном волноводе появляются тогда, когда длина волны возбуждающих колебаний становится меньше полусуммы периметров проводников.

Из (5.21) следует, что поперечные размеры коаксиальной линии необходимо выбирать так, чтобы при заданной минимальной длине волны рабочего диапазона Ктт удовлетворялось условие

D+dlJl,57. (5.22)

Уменьшение размеров поперечного сечения коаксиального волновода, необходимое для расширения частотного диапазона, ограничивается увеличением тепловых потерь, уменьшением электрической прочности и усложнением технологии изготовления.

Волновое сопротивление рассчитывается в соответствии с теорией длинных линий как отношение напряжения к току в линии без потерь и отражений Z = UII. Напряжение в коаксиальном волноводе может быть определено интегрированием напряженности электрического поля Ег вдоль радиуса поперечного сечения коаксиального волновода:

й/2 . с/2 60/ , 60/ , D dr =-in - :

d/2 d/2 Ve r l/e

/ l/e

(5.23)

График изменения Zj, от отношения D/d приведен на рис. 5.11 (кривая /).

S 10 Л/d

Рис. 5.11. Завииимость ооновньк характеристик КОаиоиалшого волновода от отношения диаметров внешнего D и внутрен-иего d ароводов:

1 - волновое сопротивление;

2 - напряжение пробоя; 3 - предельная мощность; 4 -

затухание

Пробивное напряжение. Пробой коаксиального волновода наступает при таком напряжении, когда максимальная величина напряженности электрического поля в линии достигает значения Епр. Напряженность электрического поля в коаксиальном волноводе максимальна у поверхности внутреннего проводника и согласно (6.20) равна £d= 120 (d/*e). Следовательно, величина