Хвилеводи. Спрямовуючі системи та спрямовані хвилі. Двоплощинний хвилевід. Порядок визначення складових поля спрямованих хвиль, страница 13

При передаванні великих об’ємів інформації на значні відстані бажано забезпечити одномодовий режим роботи світловоду. З цією метою діаметр керна (серцевини) зменшують до 3…5 мкм, а  до 1,005…1,01. застосування спеціального, особливо чистого скла і сучасної технології виготовлення світловодів для далекого зв’язку дозволило знизити згасання в них до 0,2 дБ/км на довжині хвилі  мкм, що у десятки разів менше згасання при поширенні цього ж випромінювання у атмосфері Землі.

Найбільше значення згасання і дисперсії отримують в градієнтних світловодах, показник заломлення яких плавно змінюється вздовж радіуса, наприклад, по параболічному закону. Застосування нових матеріалів дозволяє знизити згасання у світловодах ще на порядок.

1.15 Смужкові хвилеводи

Смужкові хвилеводи ( смужкові лінії передачі електромагнітної енергії) знайшли широке застосування при мікромініатюризації НВЧ - пристроїв і виробництві інтегральних НВЧ – схем через такі важливі переваги:

-  широкосмуговість;

-  малі габарити та маси;

-  можливість застосування друкованого монтажу;

-  легко здійснюється автоматизація процесу виробництва.

На практиці найпоширенішими такі конструкції смужкових хвилеводів ( ліній передачі) : симетрична смужкова, несиметрична смужкова, симетрична щілинна, несиметрична щілинна та компланарні.

Серед основних параметрів смужкових ліній насамперед згадаємо хвильвий опір та критичну частоту.

1.15.1 Симетрична смужкова лінія

Симетрична смужкова лінія мало поширена на практиці у порівнянні з іншими конструкціями через її низьку технологічність. Такий хвилевід представляє собою діелектричний стрижень прямокутної форми попереднього перетину з розмірами а та в. (рис.1.15.1а)

Рисунок 1.15.1

Зверху та знизу він має шари металізації, а посередині вздовж стрижня проходять проходить металева тонка смужка шириною d. На рис.1.15.1б показана структура поля хвилі, яка поширюється у такому хвилеводі (суцільні лінії – вектор Е, штрихові - Н). якби не було центрального провідника (смужки) , то мав би місце двоплощинний хвилевід, розглянутий у підрозділі 1.2, у якому могли б поширюватися хвилі Е та Н типів. Наявність смужки структуру поля суттєво змінює за рахунок появи Т хвиль, які концентрують енергію навколо центрального провідника.

Критична частота найближчої моди (типа коливань), яка є одночасно і граничною частотою для даної смужкової лінії, визначається за наближеною формулою:

                                                                           (1.15.1)

де d та b виражені у мм,  - у ГГц.

Хвильовий опір симетричної смужкової лінії з малою товщиною  та при достатньо точно для багатьох інженерних розрахунків, може бути знайдений зі співвідношення:

,                                                                              (1.15.2)

де  - відносна діелектрична проникність діелектричного стрижня.

Крім того, слід зауважити, що для підтримки одномодового режиму з хвильою Т типу розміри b та d повинні бути меншими за . Ширина ж основи вибирається з умови , при якій електричне поле на її краях буде незначним.

1.15.2 Мікросмужкова лінія

Мікросмужкома (несиметрична смужкова) лінія серед решти найбільш технологічна щодо її виготовлення друкованим методом (рис.1.15.2).

Рисунок1.15.2

Характеристики такої лінії розраховуються за умови, що у ній поширюється квазі – Т – хвиля, яка за структурою на низьких частотах збігається з Т – хвильою, але при достатньо високих частотах з’являються скінченні значення складових  та , а за ними дисперсія (залежність ,  від частоти). Практично в мікросмужкоих лініях відсутня до частоти 3 ГГц.

На рис.1.15.3 подаються графіки розподілу електричного поля у поперечному перетині лінії. Напруженість електричного поля досягає максимального значення поблизу краю смужки (1,2 на рис.1.15.3б), що обумовлено підвищеною концентрацією електричних зарядів у цих місцях. При віддаленні від країв смужки напруженість електричного поля зменшується і прямує до нуля. У центрі шару металізації та нижньої поверхні смужки (1,2 на рис.1.12.3б) вона досягає напруженості поля плоского конденсатора . На зовнішній поверхні смужки (2 на рис.1.15.3б), у центрі, Е практично дорівнює нулю.