Радиоволновод это:

Радиоволновод
        диэлектрический канал (направляющая система) для распространения радиоволн (См. Радиоволны). Боковая поверхность канала является границей раздела двух сред, при переходе через которую резко меняются диэлектрическая ε или магнитная μ проницаемости и электропроводность σ. Боковая поверхность может иметь произвольную форму, но наиболее широко применяются цилиндрические Р., в частности цилиндрические металлические полости, заполненные воздухом или каким-либо газом. Поперечное сечение металлического Р. бывает прямоугольным, круглым, П- и Н-образным и т.п. (рис. 1). Обычно к Р. относят только каналы с односвязным сечением; распространение радиоволн в каналах с дву- и многосвязными сечениями рассматривается в теории длинных линий (См. Длинная линия) (например, двухпроводная коаксиальная линия; рис. 1, д).
         Можно показать, что внутри Р. вдоль его оси распространяется волновое поле, которое является результатом многократного отражения волн от внутренних стенок Р. и интерференции отражённых волн. Это определяет главную особенность Р., которая состоит в том, что распространение волн в них возможно только в том случае, если поперечные размеры Р. сравнимы с длиной волны λ или больше λ. Например, для λ = 30 см больший размер а сечения прямоугольного Р. около 20—25 см. Это обусловливает применение Р. главным образом в области сверхвысоких частот (См. Сверхвысокие частоты).
         Р. служат направляющими системами в радиолокационных и др. станциях для передачи энергии от передатчика в передающую антенну (См. Антенна), от приёмной антенны к Радиоприёмнику. Направляющая система на СВЧ имеет вид волноводного тракта, состоящего из отрезков Р., различных по форме и размерам поперечных сечений; угловых изгибов; вращающихся соединений и многих др. волноводных узлов (рис. 2). Для сочленения Р. разных поперечных сечений применяются плавные волноводные переходы с переменным сечением (например, рупорный переход 2, рис. 2).
         Основным преимуществом металлических Р. по сравнению с двухпроводной симметричной и коаксиальной линиями является малость потерь на СВЧ; это обусловлено практическим отсутствием излучения энергии в окружающее пространство и тем, что при одинаковых внешних размерах Р. и, например, двухпроводной линии поверхность Р., по которой текут электрические токи (при распространении волны), всегда больше, чем поверхность проводников двухпроводной линии. Так как глубина проникновения токов определяется Скин-эффектом, то плотности токов, а следовательно, и потери на джоулево тепло в Р. меньше, чем в линии. Недостатки Р.: наличие нижнего предела пропускаемых частот (см. ниже); громоздкость конструкции на дециметровых и более длинных волнах; необходимость большой точности изготовления и специальной обработки внутренней поверхности стенок; сложность монтажа.
         Поскольку поперечные размеры Р. сравнимы с λ, то задача о распространении и возбуждении в них электромагнитного поля решается на основе интегрирования Максвелла уравнений (См. Максвелла уравнения) при заданных граничных условиях и источниках поля. Методы решения этих задач составляют содержание теории Р. В случае прямоугольного Р. (рис. 3) для любой из проекций f электрического Е и магнитного Н полей теория приводит к волновому уравнению:
         (1)
        где k = 2π/λ = ω/с — волновое число, ω — частота колебаний, с — скорость света. Решение этого уравнения для бесконечно длинного прямоугольного Р. приводит к следующим выражениям для комплексных амплитуд (См. Комплексная амплитуда) проекций векторов Е и Н:
        
        
         (2)
        
        
        
         Здесь а и b — размеры поперечного сечения прямоугольного Р., m и n — любые положительные целые числа, Ax, Ay Az, Bx, By, Bz постоянные определяемые условиями возбуждения Р. Постоянная распространения γ, определённая из (2) и (1), равна:
        
         Наличие тригонометрических множителей в (2) говорит об образовании стоячих волн (См. Стоячие волны) в направлениях, перпендикулярных стенкам Р. Касательные составляющие электрического поля на стенках имеют узлы, а нормальные — пучности. Числа m и n определяют число полуволн, укладывающихся соответственно вдоль размеров а и b. Чем больше m и n, тем сложнее поле в сечении Р.
         В Р. волновое поле является суммой полей бесконечного множества типов волн. Все типы волн подразделяются на три класса: ТЕ (или Н)-волны, ТМ (или Е)-волны и ТЕМ-волны; Т означает поперечность (трансверсальность). Каждый тип волн имеет свою структуру поля: в ТЕ-волнах электрическое поле сводится лишь к поперечным составляющим, но магнитное поле имеет и продольную, и поперечную составляющие; ТМ-волны имеют только поперечные составляющие магнитного поля; продольную составляющую имеет лишь электрическое поле; ТЕМ-волны вообще не имеют продольных составляющих поля и могут существовать только в многосвязных Р. Волны с различными m и n записываются в виде TMmn и TEmn (или Emn, Hmn). Волны с наименьшими индексами m и n называются простейшими. В случае ТМ-волн (Hz = 0) простейшей волной является волна ТМ11 (рис. 4).
         Волны TM10 и TM01 неосуществимы, т.к. магнитные силовые линии должны быть замкнутыми. Более сложные волны возникают, если увеличить поперечные размеры Р. или частоту колебаний так, чтобы вдоль размеров а и b укладывалась более чем одна полуволна. При этом поперечное сечение Р., подобно колеблющейся мембране, оказывается разбитым на ячейки, тождественные по структуре поперечному сечению волны ТМ11 (рис. 5).
         В случае ТЕ-волн (Е32 = 0) возможно существование волн при m = 0, n 0 или n = 0, m ≠ 0, т.к. линии электрического поля могут быть прямыми, начинающимися на противоположных стенках Р. (рис. 6, 7). Из волн TE10 и ТЕ11 как из ячеек, составляются все сложные типы ТЕ-волн (рис. 8).
         Множитель е-γz определяет изменения амплитуды и фазы волны при распространении её вдоль оси Р. При отсутствии потерь должна быть чисто мнимой величиной: γ = iα, т. е.
        
        которое означает, что Р. пропускает без затухания только колебания с частотой выше некоторой граничной частоты ωгр ; ей соответствует критическая длина волны λкр. Граничная частота ωгр тем выше, чем меньше а и b, т. е. размеры Р. При заданной рабочей частоте ω нужны тем большие размеры Р. а и b, чем больше m и n, т. е. чем сложнее волна.
         Длина волны в Р. Л оказывается большей, чем в свободном пространстве:
        
         Фазовая скорость распространения волны в Р. равна:
        
        т. е. всегда больше скорости света и зависит от частоты колебаний. Это означает, что в Р. имеет место Дисперсия волн, вносящая искажения в передаваемые сигналы тем больше, чем шире спектр их частот.
         Затухание волны в Р. описывается вещественной частью комплексной постоянной распространения γ = β + iα и объясняется в реальных Р. потерями в стенках и в заполняющем Р. диэлектрике. В «идеальных» (без потерь) Р., если ω < ωгр, электромагнитное поле затухает без потерь энергии (за счёт полного отражения). В Р. можно работать только на одном первом типе волны, выбрав размеры Р. определённым образом (например, для прямоугольного Р. и волны H10), выбрав величину а из соотношения a < λ < 2а). Обычно берут а = 0,72 см, что даёт: а = 72 мм на λ = 10 см; a = 23 мм на λ = 3,2 см (см. табл.).
         Совокупность двух классов волн магнитного и электрического типов в каждом Р. образует полную систему волн. Это означает, что в Р. могут распространяться электромагнитные поля только таких структур, которые могут быть представлены как результат суперпозиции воли магнитного и электрического типов.
         Для Р. круглых сечений основным уравнением вместо (1) становится Бесселя уравнение с решениями в виде цилиндрических функций. В круглом Р. также можно выбрать диаметр Р. для работы только на одном первом типе волны (см. табл.). Однако не всегда первый тип волны оказывается наиболее удобным. Например, в силу осевой симметрии полей у волн ТМ01 и TE01 в круглом Р. (рис. 9, 10) эти волны применяют во вращающихся соединениях. На рис. 11 и 12 показаны структуры поля волн TM11 и ТЕ11 в круглом Р. Применение волн с относительно малым λкр затруднительно, т.к. при обеспечении условий распространения для них одновременно в Р. будут распространяться и все предыдущие «ненужные» типы волн.
         Критические длины волн Х для прямоугольных и круглых радиоволноводов
        ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
        | Тип         | Прямоугольный волновод        | Круглый волновод                                                     |
        | волны     |----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- |
        |               TE10        TE20        TE10        TE11        TM01       TE21        TM11        TE01       |
        |----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
        | λкр          | 2a           | a             | 2b           | 3,41ρ      | 2,61ρ      | 2,06ρ      | 1,64ρ       | 1,64ρ      |
        ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
        
         Волна TE01 в круглом Р. обладает тем исключительным свойством, что потери на стенках Р. непрерывно уменьшаются с укорочением λ. Пользуясь этим, можно строить волноводные линии связи в диапазоне миллиметровых волн с ретрансляционными станциями через 50—60 км. По этим линиям можно передавать до 1500 телефонных и 100 телевизионных каналов. Основная трудность заключается в обеспечении необходимой «чистоты» поля волны ТЕ01 по всей линии устранением др. типов волн, возникающих под воздействием различного рода неоднородностей. В Р. с потерями понятие резкой границы пропускания при ωгр теряет простой смысл. В Р. с потерями проходят волны (хотя и слабо) «за критической волной» λ > λ кр, рассчитанной для Р. без потерь.
         Для передачи сантиметровых и миллиметровых волн могут служить диэлектрические Р., где поверхностью раздела, направляющей волну, служит внутренняя поверхность диэлектрического стержня. Диэлектрические Р. чувствительны к внешним воздействиям и имеют дополнительные потери, связанные с просачиванием энергии за пределы Р., что затрудняет их практическое применение.
         Р. с поверхностной волной представляют собой металлическую ленту или цилиндрический проводник, на которых располагаются ребристая структура или диэлектрическое покрытие (рис. 13). Вдоль такого Р. могут распространяться волны различных типов, например TM10. Энергия поля сосредоточена в окружающем пространстве: радиус поля (расстояние, на котором поле ещё ощутимо) зависит от ширины ленты и её проводимости и быстро уменьшается с укорочением λ. Р. с поверхностной волной обладают меньшим затуханием, чем металлические Р., проще по конструкции и позволяют передавать большие мощности в широком диапазоне частот. Недостатки этих Р. связаны с тем, что поле поверхностной волны окружает Р. снаружи: различные неоднородности (деформации Р., крепления, соединения, окружающие предметы) приводят к излучению, т. е. к потерям энергии. Несмотря на это, Р. с поверхностной волной применяются как направляющие системы и как излучающие элементы в антеннах дециметровых, сантиметровых и миллиметровых волн.
         Применяются 3 способа возбуждения поля в Р.: линейным проводником с током (штырём), витком и через отверстие в боковой стенке или торце Р. Штырь располагают параллельно электрическим силовым линиям, плоскость витка — перпендикулярно магнитным силовым линиям. Щель или отверстие прорезают в металлической поверхности по ходу магнитных силовых линий на этой поверхности. При этом для большей связи элементы возбуждения располагают в пучностях электрического или магнитного поля (рис. 14).
         Согласование отрезков Р. друг с другом и с нагрузкой осуществляется с помощью т. н. согласующих элементов (рис. 15) в виде комбинаций пассивных штырей, индуктивных или емкостных диафрагм, а также в виде плавных переходов с переменным сечением. Недостатком большинства согласующих устройств является их малая диапазонность: согласование удаётся обеспечить, как правило, в полосе частот 1—2% и только в некоторых случаях около 10—20% от ω.
         Практическое значение имеет вопрос о передаче по Р. больших мощностей. Р. с размерами сечения, соответствующими распространению волн только первого типа, может пропустить мощность лишь порядка 3—4 Мвт. Если же размеры сечения Р. при заданной длине волн взять большими, то в нём будут распространяться и высшие типы волн.
         Лит.: Введенский Б. А., Аренберг А. Г., Радиоволноводы, ч. 1, М. — Л., 1946: Кисунько Г. В., Электродинамика полых систем, Л., 1949; Вайнштейн Л. А., Дифракция электромагнитных и звуковых волн на открытом конце волновода, М., 1953; Казначеев Ю. И., Широкополосная дальняя связь по волноводам, М., 1959; Коган Н. Л., Машковцев Б. М., Цибизов К. Н., Сложные волноводные системы, Л., 1963; Теория линий передачи сверхвысоких частот, пер. с англ., под ред. А. И. Шпунтова, ч. 1—2, М., 1951; Гуревич А. Г., Полые резонаторы и волноводы. Введение в теорию, М., 1952; Левин Л., Современная теория волноводов, пер. с англ., М., 1954; Ширман Я. Д., Радиоволною воды и объемные резонаторы, М., 1959; Вайнштеин Л. А., Электромагнитные волны, М., 1957; Каценеленбаум Б. З., Высокочастотная электродинамика, М., 1966; Лебедев И. В., Техника и приборы СВЧ, 2 изд., т. 1, 1970: Харвей А. Ф., Техника сверхвысоких частот, М., 1968; Фельдштейн А. Л. и др., Справочник по элементам волноводной техники, М., 1967.
         И. В. Иванов.
        Рис. Формы поперечного сечения некоторых волноводов (а, б, в, г) и коаксиальной двухпроводной линии (д).
        Рис. Формы поперечного сечения некоторых волноводов (а, б, в, г) и коаксиальной двухпроводной линии (д).
        Рис. 2. Схема волноводного тракта: 1 — генератор СВЧ; 2 — рупорный переход; 3, 6 — отрезки прямоугольных волноводов; 4 — угловой изгиб; 5 — вращающееся соединение; 7 — рупорная антенна.
        Рис. 2. Схема волноводного тракта: 1 — генератор СВЧ; 2 — рупорный переход; 3, 6 — отрезки прямоугольных волноводов; 4 — угловой изгиб; 5 — вращающееся соединение; 7 — рупорная антенна.
        Рис. 3. Прямоугольный волновод.
        Рис. 3. Прямоугольный волновод.
        
        Рис. 4. Структура поля волны ТМ11 в прямоугольном волноводе.
        
        Рис. 5. Структура поля волны ТМ32 в прямоугольном волноводе.
        
        Рис. 6. Структура поля волны ТЕ10 в прямоугольном волноводе.
        
        Рис. 7. Структура поля волны ТЕ11 в прямоугольном волноводе.
        
        Рис. 8. Структура поля волн ТЕ20 (а) и ТЕ21 (б) в прямоугольном волноводе.
        
        Рис. 9. Структура поля волны ТМ01 в круглом волноводе.
        
        Рис. 10. Структура поля волны ТМ11 в круглом волноводе.
        
        Рис. 11. Структура поля волны ТМ11 в круглом волноводе.
        
        Рис. 12. Структура поля волны ТЕ11 в круглом волноводе.
        Рис. 13. Радиоволновод с поверхностной волной: а — с ребристой поверхностью; б — с диэлектрическим покрытием.
        Рис. 13. Радиоволновод с поверхностной волной: а — с ребристой поверхностью; б — с диэлектрическим покрытием.
        
        Рис. 14. Способы возбуждения волны ТЕ10: а — штырём; б — витком; в — отверстием.
        Рис. 15. Согласующие элементы: а — реактивный штырь; б — индуктивная диафрагма; в — ёмкостная диафрагма; г — плавный переход с переменным сечением.
        Рис. 15. Согласующие элементы: а — реактивный штырь; б — индуктивная диафрагма; в — ёмкостная диафрагма; г — плавный переход с переменным сечением.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. 1969—1978.

Синонимы:

Смотреть что такое "Радиоволновод" в других словарях:

  • радиоволновод — радиоволновод …   Орфографический словарь-справочник

  • Радиоволновод — линия передачи СВЧ, описываемая телеграфным уравнением, служащая для передачи радиоизлучения. Соединитель волноводный. Для соединения участков прямоугольного волноводного тракта …   Википедия

  • РАДИОВОЛНОВОД — полая металлическая труба или диэлектрический стержень, внутри которых вдоль оси распространяются радиоволны в результате многократных отражений от внутренних стенок и интерференции отраженных волн. Распространение волн в радиоволноводе возможно …   Большой Энциклопедический словарь

  • радиоволновод — сущ., кол во синонимов: 1 • волновод (1) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 …   Словарь синонимов

  • радиоволновод — полая металлическая труба или диэлектрический стержень, внутри которых вдоль оси распространяются радиоволны в результате многократных отражений от внутренних стенок и интерференции отражённых волн. Распространение волн в радиоволноводе возможно… …   Энциклопедический словарь

  • радиоволновод — устройство для передачи энергии электромагнитных волн, концентрируемых в определённых сечениях среды распространения за счёт многократных отражений и интерференции на границах волновода. Границами волновода служат зоны изменения электромагнитных… …   Энциклопедия техники

  • РАДИОВОЛНОВОД — канал для распространения радиоволн, характеризующийся тем, что его поперечные размеры соизмеримы с длинами передаваемых волн. Различают трубчатые металлич. Р. круглого, прямоугольного, П или Н образного и др. сечений; диэлектрич. Р. в виде… …   Большой энциклопедический политехнический словарь

  • радиоволновод — радиоволнов од, а …   Русский орфографический словарь

  • радиоволновод — радиоволново/д, а …   Слитно. Раздельно. Через дефис.

  • радиоволновод — радио/волн/о/вод/ …   Морфемно-орфографический словарь


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»