Homogenní  duté kovové  vlnovody
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 11

Homogenní duté kovové vlnovody PowerPoint PPT Presentation


  • 81 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Homogenní duté kovové vlnovody. 1. Ideálním (bezeztrátovým) dutým kovovým vlnovodem se mohou bez útlumu šířit signály, jejichž kmitočet (vlnová délka) leží v pásmu propustnosti daného vlnovodu, tedy splňuje nerovnost.  <  m. f > f m. příp.

Download Presentation

Homogenní duté kovové vlnovody

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Homogenn dut kovov vlnovody

Homogenní duté kovové vlnovody

1


Homogenn dut kovov vlnovody

Ideálním (bezeztrátovým) dutým kovovým vlnovodem se mohou bez útlumu šířit signály, jejichž kmitočet (vlnová délka) leží v pásmu propustnostidaného vlnovodu, tedy splňuje nerovnost

<m

f>fm

příp.

kde fm je tzv. mezní (kritický) kmitočet daného vlnovodu, příp. m je jeho mezní (kritická) vlnová délka. Hodnota m závisí jen na příčných rozměrech vlnovodu, mezní kmitočet fm závisí kromě toho i na parametrech prostředí, jímž je vlnovod vyplněn. Signál o kmitočtu v pásmu nepropustnosti, tj.

Mezní kmitočet (mezní vlnová délka) vlnovodu je nejnižší kmitočet (nejdelší vlnová délka) signálu, který se již může daným vlnovodem šířit - v ideálním případě bez útlumu.

Přechod mezi pásmem propustnosti a nepropustnosti vlnovodu je velmi ostrý. Měrný útlum reálného vlnovodu na kmitočtech těsně pod mezním kmitočtem činí několik desítek až stovek dB/m, těsně nad mezním kmitočtem jeho velikost klesá na několika desetin až setin dB/m.

>m

f<fm

příp.

je daným vlnovodem intenzivně tlumen – signál se vlnovodem nešíří.

2


Homogenn dut kovov vlnovody

Skupinová (grupová) rychlost vskje rychlost modulační obálky

signálu ve vlnovodu a též rychlost přenosu energie vlny v podélném směru vlnovodu.

Fázová rychlost vf vlny je rychlost, s níž se v podélném směru vlnovodu pohybují místa konstantní fáze signálu

Zde v = 1/()1/2 je rychlost rovinné vlny v neomezeném prostoru ,. Pro vzduch v=c = 3·108m/s je rychlost světla ve vakuu.

  • Protože fázová i skupinová rychlost závisejí na kmitočtu signálu, je dutý kovový vlnovod vždy disperzním vedením, a to i vlnovod ideální (bezeztrátový).

  • Protože v pásmu propustnosti vlnovodu je f > fm (<m), je vždy vf > v a vsk < v, čili při vzduchovém dielektriku uvnitř vlnovodu vf>c a vsk<c .

3


Homogenn dut kovov vlnovody

c

vf

= —–

g= —–

f

f

Délka vlny ve vlnovodu je vzdálenost, kterou urazí vlna v podélném směru vlnovodu fázovou rychlostí vfza dobu jedné periody signálu T = 1/f

V pásmu propustnosti vlnovodu ( < m) je g>. Toto pro-dloužení vlny ve vlnovodu je způsobeno zvětšením fázové rychlosti vlny vf ve vlnovodu nad rychlost světla c . Je důležité rozlišovat vlnové délky  a g . Jejich rozdíl může nabývat značných hodnot. S rostoucí vlnovou délkou  (s klesajícím kmitočtem signálu) roste i g , až pro m je g  .

vf>c

g>

4


Homogenn dut kovov vlnovody

Celková vlna ve vlnovodu se skládá z nekonečně mnoha dílčích rovinných vln, které se šíří vlnovo-dem pod určitým úhlem . Na vodivém plášti vlnovo-du se odráží a těmito odrazy se šíří vlnovodem po dráze lomené čáry.

ekvifázová rovina

ekvifázová rovina

Fázová rychlost (rychlost pohybu ekvifázových ro-vin) je větší než rychlost světla a skupinová rych-lost (rychlost šíření ener-gie v podélném směru) je menší než rychlost světla.

Úhel  závisí na kmitočtu:

  • při f  je   0 a vlna se šíří v ose vlno- vodu;

  • při f fm je   90° a vlna nepostupuje vlnovo- dem v podélném směru.

c

vsk

vf

5


Homogenn dut kovov vlnovody

Okrajové podmínky na plášti vlnovodu

Elektromagnetické pole ve vlnovodu musí splňovat tzv. okrajové podmínky na (vnitřním) povrchu jeho válcového kovového pláště s velmi vysokou vodivostí V .

Okrajová podmínka říká, že tečná složka intenzity elektrického pole na dokonale vodivém plášti vlnovodu je nulová

Et= 0 na vnitřním povrchu pláště vlnovodu

Při Et 0 a V =  by po povrchu dokonalého vodiče tekly nekonečně velké proudy, neboť it=V · Et

nemožné !!

Na dokonale vodivém plášti vlnovodu je rovněž nulová normá-lová složka intenzity magnetického pole

Hn= 0 na vnitřním povrchu pláště vlnovodu

6


Homogenn dut kovov vlnovody

Celkové elmag. pole v dutém kovovém vlnovodu lze for-málně vyjádřit jako superpozici (součet) dvou typů vln:

  • Vlny transverzálně (příčně) magnetické (vlny TM)

Vlna TM nemá podélnou složku magnetického pole (HZ = 0), jeho magnetické pole má pouze složky příčné. Elektrické pole vlny TM má složky do směrů všech tří souřadných os.

  • Vlny transverzálně (příčně) elektrické (vlny TE)

Vlna TE nemá podélnou složku elektrického pole (EZ = 0), jeho elektrické pole má pouze složky příčné. Magnetické pole vlny TE má složky do směrů všech tří souřadných os.

Jednotlivé technické parametry vlnovodu se pak definují a určují samostatně pro vlny TM a samostatně pro vlny TE

Ve vlnovodu s dokonale vodivými stěnami mohou být vlny TM a TE samostatně buzeny a šířit se nezávisle jedna na druhé. Každá vlna TM a TE tak představuje samostatný přenoso-vý kanál vlnovodu.

7


Homogenn dut kovov vlnovody

Charakteristická impedance vlny ve vlnovodu je definována jako podíl komplexních amplitud příčných složek intenzit elektrického a magnetického pole ve vlnovodu

V pásmu propustnosti vlnovodu je Z0 reálná: pro vlnu TM je menší než hodnota (/)1/2, pro vlnu TE je větší než (/)1/2. V pásmu nepropustnosti jsou Z0 ryze imaginární: pro vlnu TM má kapacitní charakter a pro vlnu TE induktivní charakter.

8


Homogenn dut kovov vlnovody

Útlum vlnovodu vlivem nedokonale vodivých stěn je dán výrazným povrchovým jevem ve stěnách vlnovodu na uvažo-vaných velmi vysokých kmitočtech přenášených signálů. Ztrátové vlastnosti kovového pláště jsou zde charakterizovány hloubkou vniku δ

nebo tzv. vysokofrekvenčním povrchovým (plošným) od-porem RS

kde V a V jsou permeabilita a specifická vodivost kovového materiálu stěn vlnovodu.

9


Homogenn dut kovov vlnovody

Útlum vlnovodu vlivem ztrátového dielektrika je způsoben nenulovou svodovou měrnou vodivostí  dielektrického pro-středí, jímž je vyplněn vnitřní objem vlnovodu

[Np/m]

Zde tg =/ je tzv. ztrátový činitel, jímž se vyjadřují ztrá-tové vlastnosti dielektrických materiálů. Ztráty v dielektriku je nutno v praxi obvykle uvažovat jen v případě pevných či kapalných dielektrik. Většinou jsou však vlnovody zaplněny suchým vzduchem, jehož ztráty jsou zanedbatelné.

10


Homogenn dut kovov vlnovody

Předchozí dva druhy útlumu vznikají v kmitočtovém pásmu propustnosti vlnovodu. V pásmu nepropustnosti, tedy při f < fm ( > m) dochází k útlumu vlny vlivem odrazu od vstupu vlnovodu. Jeho měrná hodnota v [Np/m] je

Poslední dva výrazy platí pro tlumení vlnovodu na kmitočtech hluboko pod mezním kmitočtem f << fm , kdy je hodnota odr prakticky kmitočtově nezávislá.

11


  • Login