.

Виды радиоволноводов и области их применения

 В технике связи, работающей в диапазоне СВЧ, широко используются радиоволноводы.

К широкому классу радиоволноводов относятся самые различные устройства, вдоль которых могут распространяться ЭМВ.

К ним относятся:

  • открытые двухпроводные линии
  • коаксиальные кабели
  • волноводы в виде полых металлических труб различного сечения (прямоугольные, эллиптические, круглые, П-образные, Н- образные и т.д.)
  • замедляющие системы (спиральные в экране и типа гребенки
  • диэлектрические (стержни из диэлектриков с большой диэлектрической проницаемостью)
  • полосковые линии (ленточные) симметричные и несимметричные

Применение коаксиальных и открытых двухпроводных линий в диапазоне СВЧ имеет ряд ограничений. Дело в том, что с укорочением длины волны расстояние между проводниками приходится уменьшать с целью снижения потерь энергии на излучение.

При этом увеличивается опасность электрического пробоя при передаче по линии больших мощностей, а допуски на точность изготовления становятся все более жесткими. Поэтому ее обычно используют на волнах длиннее 2-5 метров.

Коаксиальный кабель является экранированной линией, применяется как в УВЧ, так и в СВЧ диапазонах. Однако, здесь с повышением частоты увеличиваются потери в металлических проводниках (особенно во внутреннем) и в диэлектрике, который необходим для крепления внутренней жилы кабеля. Кроме того, при укорочении длины волны приходится уменьшать расстояние между внутренним и наружным проводниками кабеля, что приводит к ограничению уровня передаваемой мощности. Поэтому на волнах короче 8-10 см коаксиальные кабели применяются реже, чем волноводы.

При малой передаваемой мощности (милливатты - микроватты) и небольшой длине (около 1м) коаксиальные кабели находят применение на волнах около 3 см.

Волноводы обладают рядом преимуществ по сравнению с коаксиальными и двухпроводными линиями. Для них характерны простота формы и жесткость конструкции. Все ЭМП заключено внутри волновода, поэтому нет потерь энергии на излучение. Внутри волноводов в большинстве случаев имеется либо воздух, либо вакуум. Т.о., в волноводах при воздушном их заполнении или при откачке до высокого вакуума потери в диэлектрике пренебрежимо малы. А так как внутри волноводов нет диэлектрика и центрального проводника, то пробивная прочность их больше чем у коаксиальной линии. Наконец потери в стенках волновода так же меньше, чем коаксиального кабеля. Интересно отметить, что в диапазоне 5-12 см затухание волны в волноводе составляет примерно 0.01 дБ на 1 м длины, что приблизительно соответствует 1/2000 % мощности, в тоже время в коаксиальном кабеле затухание равно примерно 1 дБ/м в этом же диапазоне волн, что приблизительно соответствует уменьшению энергии на 26%.

Несмотря на отмеченные преимущества волноводов, с укорочением длины волны начинают появляться и их недостатки.

Вследствие уменьшения размеров поперечного сечения понижается пробивная прочность. Кроме того, происходит увеличение потерь в стенках волновода. Наряду с этим существенным недостатком волноводов является зависимость скорости распространения волны от частоты (дисперсия), что приводит к искажению сигнала и ограничению полосы пропускания. Так, в ряде случаев полосы частот, занимаемые сигналами, оказываются шире полосы частот, рекомендуемой для конкретного типа волновода с заданными параметрами поперечного сечения. Для полного перекрытия по частоте в сантиметровом и миллиметровом диапазонах приходится изготавливать несколько волноводов стандартных поперечных сечений, снабжая каждый из них комплектом измерительной аппаратуры.

В настоящее время так же широко применяются полосковые и ленточные линии. Они состоят из металлических лент, пространство между которыми может быть заполнено твердым диэлектриком или воздухом. Излучение из них не велико. Эти линии более широкополосные, чем волноводы, имеют меньшие габариты и просты в изготовлении