волны в однопроводной линии примерно те же, что в шышераюомотренном случае плоской металлической поверхности, покрытой слоем диэлектрика, пооколшу цилиндрическую форму поверхности можно себе представить как ооответстаую-щим образам согнутую плоскость. Для передачи электромагнитной энергии наибольший практический иятерес представляет волна Eoi, структура поля которой показ-ана на рйс. 5.14. Линии электрнчеоиого поля этой волны лежат .в продольной плоскости, рашоложенной вдоль направления распространения (вдоль осн 2) и имеют радиальную Ег и продольную Ez составляющие.

Рис. 5.14. Возбуждение поверхностной волны Eoi в однопроводной ливни

Линии магнитного поля им-еют только составляющую Я, лежащую в плоскости, перпендикулярной направлению раапростзранения волны. Критическая частота этой волны равна нулю, т. е. ло однопроводной линии могут распространяться волны с любой частотой колебаний. Токи проводимости, текущие по проводнику, замыкаются токами смещения в прастранстае, окружающем проводник. Потери в однапрюводяюй линии о.пределяются поте;рями в проводнике я потерями в диэлектрике. Потери в проводнике уменьшаются с увеличением радиуса провода R. Потери в диэлектрике увеличиваются с увеличением толщины диэлектрического покрытия.

На рис. 5.14 показан .переход с коаксиального волновода на одиопроводную линию. Здесь внешний проводник линии переходит в рупор. Длина рупора и радиус раокрыва должны быть достаточно большими, чтобы позволить сформяро-ваться волне Eoi.

Наиболее целесообразно одиопроводную линию использовать в дециметровом диаш-азоне волн. Затухание в таких линиях в несколько раз меньше, чем в прямоугольном (Волноводе. Основными ее недостатками являются: подверженность внешним помехам и влиянию внешних метеорологических условий; опасность возвикновеняя потерь из-за рафеяния волн на окружающих предметах и вследствие излучения, вызванного непрямолинейнюстью ее осн.

В диэлектрической линии (рис. 5.1,е) распространение волн можно представить cq6e как результат последовательного отражения парциальных волн от противоположных поверхностей диэлектрического стержня (границ раздела диэлектрик-воздух), подобно тому, как показано на рис. 5.13. На достаточно высоких ча1стотах почти вся энергия этих волн концентрируется внутри диэлектрического стержня Коэффициент фазы приближается к P=co l/Bai(X(.i, где eai и fiai характеризуют материал диэлектрического стержня.

По мере уменьшения частоты энергия в стерЖНе и коэффициент фазь! уменьшаются.

На рис. 5.15 Показан переход с круглого металлического волновода с волной Н]1 на круглую диэлектрическую линию с поверхностной волной НЕц.

в этом случае диэлектрический волновод со скошенным коицом вставляется в металлический волновод. Волна типа НЕи имеет бесконечно большую кряти-чеакую длину волны и, в принципе, может существовать на любой частоте. Для работы на одной ВОЛне НЕи диаметр d дизлектрическото стержня должен быть достаточно малым, чтобы не допустить существования ближайшего высшего типа волны, критическая длина волны которого Якр l,3d l/ei-62.

Рис. 5.15. Возбуждение волны НЕи в ди-электрияеакой линии

Свойства диэлектричеокого волновода можно охарактеризовать следующим образом. Если размеры юечения волновода примерно ра1вны длине волны, то значительная .доля энергаи распространяющейся вдоль него волны сосредоточена IB диэлектрике. При Этом Волново.д может .подвергаться изгибам с радиусом ,(10-20) длин Волн без иоявления заметного излучения; на основе такого волновода легко выполнить разнообразные узлы СВЧ схем (резонаторы, фа-зовращатели, аттенюаторы и др.). При использовании диэлектриков типа, фторопласт затухание на длине волны .около 1 см .оказывается таким же, а на длине волны 1 ММ в несколько .раз м.еньш.е, .чем затухание в соо(гветствующ.их -полых металлических волиов1одах.

Если размеры .сечения линии в несколвко раз меньше длины волны, то большая часть энергии фаспро.страняющейся вдоль него .ВОлны сосредоточена во .внешнем пространстве. При этом затухание Может быть получено .в .несколько десятков раз меньше, чем в станда.ртных полых .металлических волноводах. В этом случае в.олноводы не могут подвергаться изгибам .и из них трудно создавать узлы ОВЧ схем.

Общими недостатками диэлектрических волноводов .являются: потенциальная воэможнОСть излучения при наличии нерегулярностей я трудности получе-шя опор.

Диэлектрический .волновод особенно важен для нижней части Миллиметро-Вого и !для 1субмялл.им.етраБ0го диапазонов волн, .где полые металличеокие волноводы .обладают знан-ительньм коэффициентом затухания и .имеют весьма малые размеры сечения [12].

5.13. МАТЕРИАЛЫ И КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОгаЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ВОЛНОВОДОВ

Проводниковые материалы. В конструкциях СВЧ устройств, в том числе и в волноводах, токи протекают лишь по поверхности -металла, обращенной к СВЧ полю (рис. 5.16). Таким образом, лишь тонкий слой используемого в конструкции материала влияет на электрические свойства устройств. Активная составляющая сопротивления этого слоя создает заметные тепловые потери энергии в элементах металлических стенок конструкций СВЧ уст-

ройстБ. Возникающее по этой причине затухание увеличивается с увеличением частоты колебаний и в диапазоне СВЧ может иметь величину, которой нельзя пренебрегать в большинстве расчетов. Из (2.56) видно, что поверхностное сопротивление пропорционально квадратному корню из отношения магнитной проницаемости к проводимости материала. По этой причине необходимо из-

лентротг-шшая - Волна.

1 Области тщвнтрациа тона

Элентромае- -ншнся Волна

Области нонцентрации тот В)

Рис. 5.16. КоНценФраци-я таков а поверхности металла из-за поверхностного

эффекта

бегать использования в качестве проводников металлов с высокой магнитной проницаемостью и плохой проводимостью, таких, как, например, сталь, предпочитая такие материалы, как медь, латунь, серебро и алюминий.

Значения электрических параметров проводниковых материалов (металлов), часто используемых в конструкциях СВЧ устройств, с учетом поверхностного эффекта, приведены в табл. 5.4.

Основные электрические параметры металлов

Таблица 5.4

Серебро, как правило, используется для нанесения покрытий, обладающих высокой электропроводностью, оно также входит в состав многих припоев, используемых для пайки высокочастотных