Волноводы сложных форм сечения

П- и Н-волноводы.Для расширения полосы рабочих частот и улучшения компактности линии применяют волноводы с П- (рис. 16.8) иН-(рис. 16.9) формой поперечного сечения [2].

Рис. 16.8 Рис. 16.9

Анализ ЭМП в П- и Н-волноводах сложен. За счет изменения формы поперечного сечения структура волны основного типа этих волноводов изменяется в сторону Т-волны, что приводит к тому, что f_кр моды, аналогичной Н₁₀ прямоугольного волновода, снижается, а f_кр следующего типа волны, аналогичного Н₂₀ , несколько повышается. В результате рабочий диапазон частот расширяется почти в два раза по сравнению с прямоугольным волноводом [1–3].

Однако повышенная концентрация ЭМП в зазоре снижает величину допустимой передаваемой мощности. Затухание П- и Н-волноводов выше, чем у прямоугольного тех же размеров.

Параметры Н-волноводов обычно получаются несколько лучше, чем у волноводов с П-формой поперечного сечения [1, 22]. Рекомендации для проектирования таких волноводов можно найти в [2, 22, 27–29, 33].

Эллиптические волноводы.Эллиптический волновод (рис. 16.10) имеет схожие параметры с круглым волноводом, но в нем удается существенно уменьшить поляризационное вырождение ЭМВ, характерное для моды Н₁₁ круглого волновода.

«Косинусная» и «синусная» составляющие в круглом волноводе имеют одинаковые характеристики распространения, а структура их ЭМП отличается лишь поворотом составляющих поля на 90º.

. (16.22)

На нерегулярностях по всей длине волновода происходит обмен энергией между основной («косинусной») и паразитной («синусной») ЭМВ, что в итоге приведет к тому, что на выходе волновода поляризация ЭМВ изменится, а это может привести к поляризационным потерям [2].

Приближенно f_кр основного типа волны рассчитывается по формуле [1]

f_кр = 8,7849 (1+0,0236(1–(b/a)²))/a . (16.23)

Оптимальные размеры эллиптического волновода: b/a = 0,5 – 0,6. При этом обеспечивается минимальное затухание при широкой полосе рабочих частот [2]. При использовании эллиптического волновода получается меньшее затухание, чем у прямоугольного волновода таких же размеров (2ax2b). Коэффициент затухания ЭМВ в эллиптическом волноводе приближенно можно оценить по (16.24) [1–3]

. (16.24)

Список рекомендуемой литературы:[1, гл. 18, с. 112–121; 2, с. 187–220; 3, гл. 15, с. 76–86; 5, с. 87–100; 6, с. 174–176, 231–257; 7, с. 139–169, 208–213; 8, с. 214–226; 9, с. 197–239; 10, с. 197–238; 11, с. 213–261; 12, с. 234–266; 13, с. 261–278, 285–293, 305–309; 22].

Контрольные вопросы и задания

1. Дайте характеристику распространения ЭМВ в односвязных волноводах.

2. Дайте характеристику частотной зависимости групповой и фазовой скоростей в односвязных волноводах.

3. Отличается ли длина волны генератора от длины ЭМВ в волноводе?

4. Какой тип волн является основным в прямоугольном волноводе?

5. Почему рабочий и одномодовый диапазоны частот различаются?

6. Какой тип волн является основным в круглом волноводе?

7. Почему у волн типа H_m0 затухание уменьшается?

8. Какие типы мод круглого волновода находят практическое применение?

9. Какие достоинства имеет эллиптический волновод?

10. Какие достоинства имеют волноводы П- и Н-образной формы сечения?

11. Опишите частотную характеристику поведения затухания основных типов волн в односвязных волноводах.

12. Дайте сравнительную характеристику всем типам односвязных волноводов.

13. Сравните односвязные волноводы с другими типами линий передачи.

14. Оцените дисперсию характеристик ЭМВ в односвязных волноводах.

15. Как определить типы мод прямоугольного волновода на заданной частоте?

16. Как выбирают прямоугольный волновод на заданный диапазон частот?