Волновод

Типы волноводов. Волны в волноводах.

Волновод – полая или заполненная диэлектриком металлическая труба, в которой осуществляется направленное движение электромагнитного поля. В волноводе на практике отсутствуют потери излучения. Потери проводимости в металле из-за отсутствия по сравнению с коаксиалом внутреннего провода, в волноводе меньше, чем в коаксиальной линии: волновод заполненный воздухом, имеет малые диэлектрические потери.

Волноводы чаще всего используют в диапазоне СВЧ, поскольку на этих частотах в коаксиальных кабелях имеется значительное затухание электромагнитных волн (передающие спутниковые антенны). На сантиметровых волнах линию во многих случаях заменяют волноводом, представляющим собой металлическую трубку круглого или прямоугольного сечения, внутри которой распространяется электромагнитная волна. Стенки волновода играют роль экрана, не дающего электромагнитным волнам распространяться в разные стороны и заставляющего их перемещаться только вдоль волновода.

Также, волноводы используют для передачи мощности на большие расстояния (например в передающих ТВ антеннах, расположенных на телемачте).

Полосковый волновод

Полосковый волновод представляет собой плоские передающие линии, состоящие из двух или трех очень тонких проводников, отделенных друг от друга диэлектриком. Полосковые волноводы широко используются в технологии печатного монтажа. Обычно полосковые волноводы используются для следующих целей:
1. В качестве линий передачи высокочастотной мощности в диапазонах от сотен МГц до десятков тысяч МГц;
2. Для создания простых СВЧ-фильтров нижних и высоких частот;
3. Для разветвителей мощности;
4. В качестве перехода к коаксиальным линиям или к волноводным трактам. В полосковых волноводах используют высококачественные диэлектрики – флоропласт, полистирол, проводники выполняют из меди, в некоторых случаях из серебра.

Преимущества и недостатки волноводов

По сравнению с коаксиальной линией потери энергии в волноводе меньше, так как отсутствует внутренний провод и нет никаких изоляторов. Наибольшее напряжение в волноводе получается между диаметрально противоположными точками его внутренней поверхности, если волновод имеет круглое сечение), или между противоположными стенками, если его сечение прямоугольное. Расстояние между этими точками больше, чем расстояние между проводами в коаксиальной линии, и поэтому опасность пробоя при высоких напряжениях значительно меньше.

Однако волноводы имеют свой недостаток, который ограничивает их применение. В коаксиальной или симметричной линии могут распространяться волны любой частоты, а в волноводе возможно распространение только волн, у которых частота выше некоторой определенной величины, называемой критической частотой fKp. Иначе говоря, в волноводе могут распространятьея только волны, у которых длина короче некоторой критической длины волны (ламбда)кр. Критическая длина волны приблизительно вдвое больше поперечного размера волновода. Если волновод имеет диаметр 3 см, то критическая длина волны будет примерно (ламбда) —6 см. Более длинные волны через такой волновод распространяться не могут.

Вдоль волновода всегда наблюдается некоторое затухание волны, т. е. ее энергия постепенно уменьшается. Это объясняется тем, что на внутренней поверхности стенок волновода создаются токи, которые расходуют часть своей энергии на нагрев металла. Потери энергии отсутствовали бы только в случае стенок из идеального проводника.

Статьи по теме:
Технические характеристики коаксиального кабеля РК