Одноволновая передача в волноводе

Практические соображения передачи сигналов в заданном диапазоне частот диктуют следующую двуединую цель:

а) выбрать наиболее «выгодную» волну;

б) обеспечить условия существования только этой волны (одноволновой передачи).

Что касается первой части задачи, то очевидно, что такой волной является основная волна, т. е. для прямоугольного волновода при – волна . Действительно, эта волна имеет наибольшую критическую длину волны, равную , и на заданной частоте можно выбрать наименьшие поперечные размеры волновода, обеспечивающие перенос энергии этой волной, по сравнению с другими волнами. При этом волновод будет иметь наименьшие массу, габариты и стоимость.

Переходим ко второй части задачи. Необходимость условий одноволновой передачи обусловлена, главным образом, тем, что различные типы волн имеют различные фазовые, а следовательно, и групповые скорости (модовая дисперсия), поэтому при передаче сигнала двумя или более волнами он приходит в место приема с искажениями, величина и характер которых зависит от вида модуляции, скорости передачи информации и т. п.

Если в качестве единственной волны выбрана основная волна, то одноволновую передачу просто обеспечить: для этого во всем рабочем диапазоне нужно обеспечить неравенства:

,

(13.7.9)

где – критическая длина волны основной волны прямоугольного волновода, – длина волны в рабочем диапазоне ( ) волн, – критическая длина волны первого высшего типа, т. е. волны с критической длиной, большей, чем у всех других волн, не считая основной. Поскольку критическая длина волны выражается через размер широкой стенки:

,

(13.7.10)

а критическая длина волны – через размер узкой стенки:

,

(13.7.11)

то, в зависимости от соотношения и , первым высшим типом может оказаться или та, или другая, и если не конкретизировать это соотношение, для обеспечения одноволновой передачи нужно выполнение двух условий:

.

(13.7.12)

Отсюда следует, что одноволновая передача обеспечена во всем рабочем диапазоне

,

(13.7.13)

если размеры волновода выбираются исходя из условий:

и (13.7.14)   На практике, однако, диапазон для выбора сужают [13.4]: , (13.7.15) чтобы избежать чрезмерного приближения к , при котором затухание в волноводе резко увеличивается.

Для заданных размеров волновода полосу частот, в пределах которой сохраняется одноволновая передача, обычно характеризуют коэффициентом широкополосности:

.

(13.7.16)

Если принять размеры волновода, исходя из (13.7.14), то теоретически можно добиться отношения крайних частот рабочего диапазона . Однако, если воспользоваться суженным условием, например, (13.7.15), реальное значение широкополосности составит =1.6 – 1.9.