Классическая электродинамика
Электричество · Магнетизм
Электростатика Закон Кулона Теорема Гаусса Электрический дипольный момент Электрический заряд Электрическая индукция Электрическое поле Электростатический потенциал
Магнитостатика Закон Био — Савара — Лапласа Закон Ампера Магнитный момент Магнитное поле Магнитный поток Магнитная индукция
Электродинамика Векторный потенциал Диполь Потенциалы Лиенара — Вихерта Сила Лоренца Ток смещения Униполярная индукция Уравнения Максвелла Электрический ток Электродвижущая сила Электромагнитная индукция Электромагнитное излучение Электромагнитное поле
Электрическая цепь Закон Ома Законы Кирхгофа Индуктивность Резонатор Электрическая ёмкость Электрическая проводимость Электрическое сопротивление Электрический импеданс
Ковариантная формулировка Тензор электромагнитного поля Тензор энергии-импульса 4-потенциал 4-ток
См. также: Портал:Физика

Радиоволново́д — канал ( волновод ) для распространения радиоволн .

Радиоволновод ( линия передачи ) характеризуется тем, что его поперечные размеры соизмеримы с длинами передаваемых волн. Обычно представляет собой металлическую трубу ( металлический волновод прямоугольного , круглого, П-образного, H-образного и др. видов сечений) или диэлектрический стержень , внутри которых вдоль их продольных осей распространяются радиоволны в результате многократных отражений от внутренних поверхностей стенок и интерференции отраженных волн. ГОСТ относит к радиоволноводам линии передачи закрытого типа, то есть снабженные внешним металлическим экраном (например, полый металлический волновод, коаксиальный волновод и др.). Радиоволновод с поверхностной волной имеет вид металлической ленты или цилиндрического проводника с нанесенным на них диэлектрическим покрытием, вдоль которых могут распространяться радиоволны различных типов.

Тропосферный радиоволновод представляет собой квазигоризонтальный слой в тропосфере , расположенный на небольшой высоте над земной (водной) поверхностью, в котором радиоволны достаточно высокой частоты могут распространяться как в диэлектрическом волноводе (то есть как в линии передачи) с очень малым ослаблением .

Описание

Боковая поверхность канала радиоволновода является границей раздела двух сред, при переходе через которую резко меняются диэлектрическая или магнитная проницаемости и электропроводность . Эта поверхность может иметь произвольную форму, применяются цилиндрические радиоволноводы, а также радиоволноводы с разнообразными сечениями (прямоугольные, круглые, Н- и П-образные и пр.).

К радиоволноводам обычно относят только такие, у которых канал имеет односвязное сечение. Остальные рассматриваются в теории длинных линий.

Оба конца волновода обычно заканчиваются металлическими фланцами с отверстиями для крепления фланцев друг к другу. В торцах фланцев делают четвертьволновые круглые или прямоугольные канавки или контактные прокладки, необходимые для уменьшения уровня просачивания электромагнитного излучения в местах стыков.

Из отрезков волноводов изготавливают различные элементы — тройники в Е- или Н-плоскостях, прямоугольные или плавные изгибы, двойные мосты, направленные ответвители .

Свойства

Главная особенность радиоволновода заключается в том, что в нём могут распространяться электромагнитные волны, длина волны которых меньше или приблизительно равна поперечному сечению волновода. Это обуславливает применение радиоволноводов главным образом в области сверхвысоких частот .

В волноводах могут возбуждаться различные типы ( моды ) электромагнитных волн Н ₁₀ , Е ₁₁ и др. Мода с наинизшей граничной частотой (наибольшей длиной волны, которая ещё может распространяться по волноводу с данным размером) называется основной модой. Для прямоугольного волновода такой модой является H ₁₀ , а для круглого — H ₁₁ . Возможно подавление нежелательных типов мод.

Возбуждение различных типов мод используется в облучателях антенн .

Характеристики волноводов

• КСВ (от 1 до бесконечности)
• КБВ (от 0 до 1)
• Затухание электромагнитной волны (обычно десятые доли дБ)
• Диапазон используемых частот
• Уровень передаваемой мощности
• Напряжение пробоя в волноводе

Настройка волноводов

Для обеспечения необходимых параметров в волноводах или волноводных трактах проводится их настройка. Настройка КСВ проводится:

• настроечными штырями (металлическими или диэлектрическими), расположенными в широкой стенке волноводов
• металлическими диафрагмами
• механической деформацией по широкой стенке (ударами молотком по широкой стенке волновода)

Преимущества и недостатки

Преимущества

Основное преимущество металлических радиволноводов по сравнению с двухпроводной симметричной и коаксиальной линиями — малые потери СВЧ -мощности.

Это обусловлено:

• Почти полным отсутствием потерь на излучение энергии в окружающую среду.
• При одинаковых размерах радиоволновода и, например, двухпроводной линии внутренняя поверхность волновода , по которой текут токи всегда больше, чем у двухпроводной линии. Следовательно, плотности токов , а следовательно, и потери на джоулево тепло в радиоволноводе меньше.

Недостатки

• Существование нижнего предела пропускаемых частот;
• Большое поперечное сечение волноводов дециметровых и более длинных волн.
• Необходимость бо́льшей точности изготовления и специальной обработки внутренней поверхности стенок.

Применение

Волноводы служат для передачи энергии в СВЧ трактах (например, от передатчика к антенне ). Такой тракт обычно состоит из различных (по форме и размерам) радиволноводов, угловых изгибов и пр. Для сочленения радиоволноводов разных поперечных сечений применяются плавные волноводные переходы с переменным сечением (например, рупорный переход).

Стенки волноводов могут быть гибкими — изготовлены из резины или сильфонного типа. Внутренние стенки волноводов, изготовленных из диэлектрических материалов, должны быть металлизированы. В военной и космической технике внутренние стенки волноводов часто покрывают серебром.

См. также

Запредельный волновод

Примечания