6. Хвильоводи
6.1. Фізичні процеси, що відбуваються у хвилеводах
Хвильовик - пристрій, що веде хвилю. Хвильознавець - це засіб зосередження електромагнітної енергії у певному просторі та передачі її в заданому напрямку, Конструктивно хвилевід є порожнистою металевою трубкою круглого або прямокутного перерізу, виготовлену з добре провідного матеріалу (рис. 6.1). Циліндричні хвилеводи в порівнянні з прямокутними мають менше загасання і найбільш прийнятні для телекомунікації. Відомі також інші конструкції хвилеводів (еліптичні, П-подібні, Н-подібні) і т.д.
По хвилеводам електромагнітна енергія передається принципово за тими самими законами, як у атмосфері, т. е. з урахуванням струмів усунення, але у хвилеводах ця передача має строго заданий напрям і, ще, обмежена по частоті.
У конструктивному відношенні хвилевід відрізняється від коаксіального кабелю лише наявністю в останньому внутрішньому провіднику. При збудженні в коаксіальному кабелі сильних струмів зсувуIсм, тобто при, (6.5)
, (6.6)
де
Коефіцієнт загасання дБ/км для хвильЕіН,відповідно:
, (6.8)
деn– порядок безселевої функції.
де - активна частина поверхневого опору, що визначається на межі між металом та діелектриком у хвилеводі.
Аналізуючи наведені формули, можна відзначити, що згасання хвиліН01у смузі пропускання (f>fo) зі збільшенням частоти суттєво знижується й у межі прагне нулю.
6.4. КОНСТРУКТИВНІОСОБЛИВОСТІ ЦИЛІНДРИЧНИХ ХВИЛЬНОВОДІВ
Відомі в основному два різновиди хвилеводів телекомунікації: цільнометалеві (ЦВ) і спіральні (СВ).
Використовуваний в даний час суцільнометалевий хвилевід (рис. 6.5) являє собою сталеву трубу товщиною 3 мм, покриту всередині електролітичним шаром міді2товщиною 20 мкм і тонкою лаковою плівкою3.Зовні наноситься антикорозійна фарба або пластмасова оболонка4.
Мал. 6.5. Конфігурація суцільнометалевого хвилеводу.
Спіральний хвилевід періодичної структури (рис. 6.6) являє собою спіраль 1 із мідного ізольованого дроту діаметром 0,5 мм, покриту діелектриком2і укладену в екран 3 і зовнішню оболонку4.Внутрішній діаметр хвилеводу 6 см. Як діелектричну оболонку найчастіше застосовується склострічка, просочена епоксидною смолою.
Мал. 6.6. Конфігурація спірального хвилеводу
Перевагою спіральних хвилеводів є фільтрація паразитних хвиль, що виникають у місцях неоднорідності хвилеводного тракту при проходженні хвиліН01. Це наступним чином. Спіральний хвилевід має періодичні розриви по всій довжині і тому допускає лише передачу таких хвиль, у структурі яких відсутня поздовжня складова струму стінках хвилеводу. Такою хвилею є поперечно-електрична хвиляНо1Наявність розривів по довжині в гнучких хвилеводах не є на заваді ефективному поширенню хвиліН01. Хвильоводні секції виготовляються довжиною 2,5 та 5 м.
Підсумовуючи, можна відзначити такі переваги хвилеводів: можливість передачі дуже високих частот та отримання потужних пучків каналів зв'язку; повне екранування поля; відсутністьвтрат у діелектриці та на випромінювання; велика пропускна потужність.
До недоліків хвилеводів відносяться: наявність критичної частоти, у зв'язку з чим хвилевід не пропускає частот, довжини яких більші за діаметр хвилеводу, а також громіздкість конструкції та малі будівельні довжини.