Электромагнитные поля и волны. Часть 2 (Направляющие системы СВЧ-диапазона. Регулярные волноводы. Колебательные системы СВЧ. Общая теория цепей СВЧ), страница 2

Проволочные линии передачи состоят из двух и более одинаковых металлических проводников. Их используют на частотах до 30 МГц для передачи энергии от передатчика к антенне (это фидерные линии), а также для организации радиовещания, телефонной связи т. п. Основной недостаток таких линий – с увеличением рабочей частоты резко растут потери в линии в проводниках и на излучение, снижается помехоустойчивость линий связи.

Четырехпроводные фидеры для увеличения передаваемой мощности и устранения антенного эффекта (излучения) провода соединяют попарно (рисунок 1.2, в, г).

Рисунок 1.2

На частотах от 100 МГц до 1 ГГц для организации связи используют линию поверхностной волны (ЛПВ) (рисунок 1.2, б). Это металлический провод, покрытый слоем диэлектрика. Здесь электромагнитное поле сосредоточено в диэлектрике, при удалении от него убывает по экспоненте.

Под полосовой линией передачи понимается проводник ленточного, прямоугольного или круглого сечения, расположенный над заземленной металлической поверхностью, либо заключенный между двумя такими плоскостями.

Полосковые линии передачи можно разделить на несимметричные, симметричные, щелевые, копланарные. Рисунок 1.3 а, б, в, г соответственно.

Рисунок 1.3

Если металлические полоски изолированы диэлектриком с большим ε>10, то геометрические размеры устройств выполненных на основе таких линий уменьшаются в раз. Такие линии называют микрополосковыми линиями. Если имеется 2 и более проводника, объединенных общим электромагнитным полем, такие линии называют связанными. Рисунок 1.3 в, г. Полосковые линии могут быть экранированными с боков или полностью. Основным типом волны в проволочных и полосковых линиях передачи является волна типа «Т». В связанных микрополосковых линиях, в которых волны распространяются в неоднородной диэлектрической среде, а электрическое поле в основном сконцентрировано в диэлектрике типом волны является квази-Т-волна. В щелевой и копланарной линии основной является Н-волна. Полосковые линии применяются в диапазонах дециметровых, сантиметровых и длинноволновой части миллиметровых волн.

Диэлектрические линии передачи выполняются из качественного диэлектрика с малыми потерями (tgδ=10^-3…10^-4) и большим ε = 2…5. Поперечное сечение могут быть круглое, прямоугольное, трубчатое, звездообразное. Рисунок 1.4 а, б, в, г соответственно.

Рисунок 1.4

Наличие металлического экрана ж) позволяет сохранить в зеркальных диэлектрических волноводах поляризационную структуру. Используются диэлектрические волноводы в диапазоне миллиметровых волн. Основной тип НЕ-волна.

Волоконно-оптические линии передачи состоят из 2х диэлектриков с ε₂>ε₁, обычно круглого сечения. Внутренний диэлектрик  ε_2, внешний ε₁, между ними граница, на которой происходит полное внутреннее отражение, и электромагнитная волна не выходит за пределы внутреннего диэлектрика. В качестве диэлектрика используют химически чистое полимерное стекло, или кварцевое стекло, что гораздо дороже. Диаметр волоконно-оптической линии соизмерим с длиной волны, применяются они в децимиллиметровом и оптическом диапазоне. Имеют очень малое затухание на единицу длины.

Квазиоптические линии передачи представляют собой нерегулярные линии, принцип работы которых основан на использовании оптических свойств радиоволны миллиметрового и сублимированного диапазона. Могут быть отражательного типа с помощью зеркал или линзового типа.

Далее рассмотрим коротко полые металлические волноводы и коаксиальные волноводы.

Коаксиальный круглый волновод состоит из двух проводников. Внутренний цилиндрический проводник находится внутри внешнего трубчатого проводника, оси их совпадают. Между ними изоляция, воздушная или из диэлектрика сплошного или в виде шайб. Если вся конструкция гибкая, то это коаксиальный кабель, - жесткая – коаксиальный волновод. Проводники могут быть прямоугольного сечения. Рисунок 5 а). Основная волна «Т» - волна. Они используются в диапазоне от гектометровых до сантиметровых волн. С ростом частоты затухание волн резко растет, поэтому не рекомендуется использовать на частотах выше 4…6 ГГц.