Микроволновая техника — волноводы

Как правило, если частота сигнала или конкретной полосы сигналов высока, использование полосы пропускания является высоким, поскольку сигнал обеспечивает больше места для накопления других сигналов. Однако высокочастотные сигналы не могут преодолевать большие расстояния без ослабления. Мы изучили, что линии передачи помогают сигналам преодолевать большие расстояния.

Микроволны распространяются через микроволновые цепи, компоненты и устройства, которые действуют как часть микроволновых линий передачи, широко называемых волноводами.

Полый металлический патрубок равномерного поперечного сечения для передачи электромагнитных волн путем последовательных отражений от внутренних стенок трубки называется волноводом .

На следующем рисунке показан пример волновода.

Волновод обычно предпочтителен в микроволновой связи. Волновод представляет собой особую форму линии передачи, которая представляет собой полую металлическую трубку. В отличие от линии передачи, волновод не имеет центрального проводника.

Основными характеристиками волновода являются —

• Стенка трубки обеспечивает распределенную индуктивность.

• Пустое пространство между стенками трубки обеспечивает распределенную емкость.

• Это громоздкие и дорогие.

Стенка трубки обеспечивает распределенную индуктивность.

Пустое пространство между стенками трубки обеспечивает распределенную емкость.

Это громоздкие и дорогие.

Преимущества волноводов

Ниже приведены некоторые преимущества волноводов.

• Волноводы просты в изготовлении.

• Они могут работать с очень большой мощностью (в киловаттах).

• Потери мощности очень незначительны в волноводах.

• Они предлагают очень низкие потери (низкое значение альфа-затухания).

• Когда микроволновая энергия проходит через волновод, она испытывает меньшие потери, чем коаксиальный кабель.

Волноводы просты в изготовлении.

Они могут работать с очень большой мощностью (в киловаттах).

Потери мощности очень незначительны в волноводах.

Они предлагают очень низкие потери (низкое значение альфа-затухания).

Когда микроволновая энергия проходит через волновод, она испытывает меньшие потери, чем коаксиальный кабель.

Типы волноводов

Существует пять типов волноводов.

• Прямоугольный волновод
• Круглый волновод
• Эллиптический волновод
• Однолистный волновод
• Двухконтурный волновод

На следующих рисунках показаны типы волноводов.

Типы волноводов, показанные выше, являются полыми в центре и состоят из медных стенок. Они имеют тонкую подкладку из Au или Ag на внутренней поверхности.

Давайте теперь сравним линии электропередачи и волноводы.

Линии передачи и волноводы

Основное различие между линией передачи и волноводом —

• Двухпроводная структура, которая может поддерживать волну ТЕА, представляет собой линию передачи.

• Структура с одним проводником, которая может поддерживать волну TE или волну TM, но не волну TEM, называется волноводом.

Двухпроводная структура, которая может поддерживать волну ТЕА, представляет собой линию передачи.

Структура с одним проводником, которая может поддерживать волну TE или волну TM, но не волну TEM, называется волноводом.

В следующей таблице приведены различия между линиями передачи и волноводами.

Фазовая скорость

Фазовая скорость — это скорость, с которой волна меняет свою фазу, чтобы пройти фазовый сдвиг в 2π радиан. Его можно понимать как изменение скорости волновой составляющей синусоидальной волны при модуляции.

Выведем уравнение для фазовой скорости.

Согласно определению следует учитывать скорость изменения фазы при 2π радиан.

Это означает, что $λ$ / $T$, следовательно,

$$V = \ frac {\ lambda} {T}$$

Куда,

$λ$ = длина волны и $T$ = время

$$V = \ frac {\ lambda} {T} = \ lambda f$$

Так как $f = \ frac {1} {T}$

Если мы умножим числитель и знаменатель на 2π, то получим

$$V = \ lambda f = \ frac {2 \ pi \ lambda f} {2 \ pi}$$

Мы знаем, что $\ omega = 2 \ pi f$ и $\ beta = \ frac {2 \ pi} {f}$

Приведенное выше уравнение можно записать в виде

$$V = \ frac {2 \ pi f} {\ frac {2 \ pi} {\ lambda}} = \ frac {\ omega} {\ beta}$$

Следовательно, уравнение для фазовой скорости представляется в виде

$$V_p = \ frac {\ omega} {\ beta}$$

Скорость группы

Групповая скорость может быть определена как скорость, с которой волна распространяется по волноводу. Это можно понимать как скорость, с которой движется модулированная огибающая по сравнению с одной несущей. Эта модулированная волна проходит через волновод.

Уравнение скорости группы представляется в виде

$$V_g = \ frac {d \ omega} {d \ beta}$$

Скорость модулированной огибающей обычно медленнее, чем сигнал несущей.