Главная / Электродинамика / Исследование волн в волноводе и коаксиальной линии передачи

Исследование волн в волноводе и коаксиальной линии передачи

Цель работы: Ознакомление студентов с законами распространения СВЧ сигналов в ограниченных средах (коаксиальной и волноводной регулярных линиях передачи). Кроме того, получение практических навыков измерения СВЧ сигналов.

Теоретические сведения.

Дисперсия в передающих линиях СВЧ.

Фазовая скорость () и длина волны () в линии передачи могут отличаться от соответствующих величин для свободного пространства (). Из анализа дисперсионных уравнений можно получить:

где — относительные диэлектрическая и магнитная проницаемости среды,

С – скорость света в вакууме, — критическая длина волны в линии передачи.

Для линий с воздушным заполнением и

Наиболее распространенными типами линий передач в СВЧ диапазоне являются коаксиальная линия и прямоугольный волновод.

1.1. Коаксиальная линия.

В коаксиальной линии (рис.1,а) могут распространяться волны как дисперсионного, так и бездисперсионного типа. Волной бездисперсионного типа является ТЕМ волна, для которой и . Структура поля ТЕМ волны показана на рис.1б. ТЕМ волна является основной для коаксиальной линии.

1.2. Прямоугольный волновод.

В прямоугольном волноводе могут распространяться только волны дисперсионного типа и . Для них

,

Где — поперечные размеры волновода.

Наименьшую величину имеет волна (волн типа и не существует), называемая основной модой.

Длину волны и частотную дисперсию легко измерить, создавая стоячую волну. Для этого можно, например, расположить в поперечном сечении волновода проводящую стенку (короткое замыкание – КЗ) или образовать в каком-то сечении режим холостого хода (ХХ). Эпюры Е поля в режиме короткого замыкания (а) и холостого хода (б) приведены на рис.2. Для КЗ – Г= -1, для ХХ – Г= +1 (Г – коэффициент отражения).

Результаты измерений.

1. Коаксиальная линия передачи.

F, ГГц

Min, мм

Min, мм

Lв, мм

Lв теор., мм

2,6

83

140

114

115

2,7

102

158

112

111

2,8

69

122

106

107

2,9

138

190

104

103

3

105

155

100

100

3,1

75

123

96

97

3,2

93

139

92

94

3,3

63

113

100

91

3,4

79

123

88

88

3,5

54

97

86

86

3,6

68

110

84

83

3,7

84

125

82

81

3,8

59

98

78

79

3,9

73

102

58

77

4

86

124

76

75


График lв = F(f) для коаксиальной линии передачи

2. Волновод.

F, ГГц

Min, мм

Min, мм

Lв, мм

Lв теор., мм

2,6

56

154

196

196

2,7

76

160

168

177

2,8

52

130

156

162

2,9

28

102

148

150

3

47

116

138

140

3,1

54

119

130

132

3,2

64

127

126

124

3,3

18

75

114

118

3,4

26

85

118

112

3,5

38

90

104

107

3,6

46

98

104

103

3,7

54

103

98

98

3,8

15

63

96

95

3,9

24

67

86

91

4

28

75

94

88

График lв = F(f) для волновода