Радиоволновод

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Радиоволново́д — канал (волновод) для распространения радиоволн[1].

Соединитель волноводный.
Служит для соединения волноводных трактов на основе полого металлического волновода прямоугольного сечения

Радиоволновод (линия передачи) характеризуется тем, что его поперечные размеры соизмеримы с длинами передаваемых волн. Обычно представляет собой металлическую трубу (металлический волновод прямоугольного, круглого, П-образного, H-образного и др. видов сечений) или диэлектрический стержень, внутри которых вдоль их продольных осей распространяются радиоволны в результате многократных отражений от внутренних поверхностей стенок и интерференции отраженных волн. ГОСТ[2] относит к радиоволноводам линии передачи закрытого типа, то есть снабженные внешним металлическим экраном (например, полый металлический волновод, коаксиальный волновод и др.). Радиоволновод с поверхностной волной имеет вид металлической ленты или цилиндрического проводника с нанесенным на них диэлектрическим покрытием, вдоль которых могут распространяться радиоволны различных типов.

Тропосферный радиоволновод представляет собой квазигоризонтальный слой в тропосфере, расположенный на небольшой высоте над земной (водной) поверхностью, в котором радиоволны достаточно высокой частоты могут распространяться как в диэлектрическом волноводе (то есть как в линии передачи) с очень малым ослаблением[1].


 Просмотр этого шаблона  Классическая электродинамика
VFPt Solenoid correct2.svg
Электричество · Магнетизм
См. также: Портал:Физика

Описание[править | править вики-текст]

Боковая поверхность канала радиоволновода является границей раздела двух сред, при переходе через которую резко меняются диэлектрическая или магнитная проницаемости и электропроводность. Эта поверхность может иметь произвольную форму, применяются цилиндрические радиоволноводы, а также радиоволноводы с разнообразными сечениями (прямоугольные, круглые, Н- и П-образные и пр.).

К радиоволноводам обычно относят только такие, у которых канал имеет односвязное сечение. Остальные рассматриваются в теории длинных линий.

Оба конца волновода обычно заканчиваются металлическими фланцами с отверстиями для крепления фланцев друг к другу. В торцах фланцев делают четвертьволновые круглые или прямоугольные канавки или контактные прокладки, необходимые для уменьшения уровня просачивания электромагнитного излучения в местах стыков.

Из отрезков волноводов изготавливают различные элементы — тройники в Е- или Н-плоскостях, прямоугольные или плавные изгибы, двойные мосты, направленные ответвители.

Свойства[править | править вики-текст]

Главная особенность радиоволновода заключается в том, что в нём могут распространяться электромагнитные волны, длина волны которых меньше или приблизительно равна поперечному сечению волновода. Это обуславливает применение радиоволноводов главным образом в области сверхвысоких частот.

Электромагнитное поле основной моды (H10) в волноводе прямоугольного сечения.  
Электромагнитное поле основной моды (H11) в волноводе круглого сечения.  

В волноводах могут возбуждаться различные типы (моды) электромагнитных волн Н10, Е11 и др. Мода с наинизшей граничной частотой (наибольшей длиной волны, которая ещё может распространяться по волноводу с данным размером) называется основной модой. Для прямоугольного волновода такой модой является H10, а для круглого — H11. Возможно подавление нежелательных типов мод. Возбуждение различных типов мод используется в облучателях антенн.

Характеристики волноводов[править | править вики-текст]

  • КСВ (от 1 до бесконечности)
  • КБВ (от 0 до 1)
  • Затухание электромагнитной волны (обычно десятые доли дБ)
  • Диапазон используемых частот
  • Уровень передаваемой мощности
  • Напряжение пробоя в волноводе

Настройка волноводов[править | править вики-текст]

Для обеспечения необходимых параметров в волноводах или волноводных трактах проводится их настройка. Настройка КСВ проводится:

  • настроечными штырями (металлическими или диэлектрическими), расположенными в широкой стенке волноводов
  • металлическими диафрагмами
  • механической деформацией по широкой стенке (ударами молотком по широкой стенке волновода)

Преимущества и недостатки[править | править вики-текст]

Преимущества[править | править вики-текст]

Основное преимущество металлических радиволноводов по сравнению с двухпроводной симметричной и коаксиальной линиями - малые потери СВЧ-мощности.

Это обусловлено:

Недостатки[править | править вики-текст]

  • Существование нижнего предела пропускаемых частот;
  • Большое поперечное сечение волноводов дециметровых и более длинных волн.
  • Необходимость бо́льшой точности изготовления и специальной обработки внутренней поверхности стенок.

Применение[править | править вики-текст]

Волноводы служат для передачи энергии в СВЧ трактах (например, от передатчика к антенне). Такой тракт обычно состоит из различных (по форме и размерам) радиволноводов, угловых изгибов и пр. Для сочленения радиоволноводов разных поперечных сечений применяются плавные волноводные переходы с переменным сечением (например, рупорный переход).

Стенки волноводов могут быть гибкими — изготовлены из резины или сильфонного типа. Внутренние стенки волноводов, изготовленных из диэлектрических материалов должны быть металлизированы. В военной и космической технике внутренние стенки волноводов часто покрывают серебром.

Интересные факты[править | править вики-текст]

Круглые отверстия диаметром менее десятой доли волны в волноводе не излучают в окружающее пространство и используются в космической технике для дегазации волноводов (удаления воздуха из волноводов). Дегазация волноводов в открытом космосе, после запуска космического аппарата, проводится до одной недели[источник не указан 210 дней]. При недостаточной дегазации в космосе возможны электрические пробои остаточного газа в волноводах при передаче большой мощности.

Длинные и узкие продольные щели в стенке волновода хорошо излучают. Волноводы с такими щелями иногда используются в качестве щелевых антенн.

Примечания[править | править вики-текст]

  1. 1 2 Геннадиева Е. Г., Дождиков В. Г., Кульба А. В. и др. Краткий энциклопедический словарь по радиоэлектронике и радиопромышленности / Под ред. В. Н. Саблина. М.: Диво, 2006.
  2. ГОСТ 18238-72. Линии передачи сверхвысоких частот. Термины и определения.