Общие сведения о волнах в прямоугольном волноводе.

Рис.28.

В прямоугольном волноводе энергия передается вдоль оси z. Чтобы не происходило излучение через стенки необходимо выполнение условия , где - глубина проникновения ЕМП в материал стенки прямоугольного волновода.

Рис.29

(*), - круговая частота, - магнитная проницаемость, - проводимость стенок. В соответствии со (*) выбирается как можно больше, тогда стенки прямоугольного волновода можно считать идеально проводящими поверхностями: 100% падающей на них энергии отражается.

Рис.30.

Если поверхности идеально проводящие, для них будут справедливы законы геометрической оптики: угол падения равен углу отражения. Тогда можно сказать, что распространение энергии вдоль z происходит за счет ее многократного отражения от стенок прямоугольного волновода без затухания.

При распространении волны между параллельными пластинами происходит интерференция, результат которой зависит от плоскости поляризации волны.

Рис.31.

При поляризации волны перпендикулярно рисунку вектор можно разложить на составляющие, и , ориентированные вдоль осей Z и X соответственно. Составляющая вместе с образует бегущую волну вдоль оси Z (), а вместе образуют стоячую волну в поперечной плоскости.

Выводы: 1. В продольном направлении прямоугольного волновода существует бегущая волна типа , а в поперечной плоскости (X0Y) существует стоячая волна.

Распределение полей в прямоугольном волноводе.

В результате интерференции в прямоугольном волноводе наблюдается распределение полей периодического характера.

Рис.32.

Если домножить последую формулу на частоту, получим

При интерференции волн, для которых вектор H располагается в плоскости рисунка в прямоугольном волноводе образуется волна H₀₁. Она состоит из петель магнитного поля, равномерно распределенных вдоль X, а также начинающегося и заканчивающегося на стенках электрического поля. При наклонном падении волны длинна волны в волноводе изменяется (). По точно такой же зависимости изменяется скорость. Условием распространения волны является неравенство , при этом , а . характеризует распространение фазы, которая энергию не переносит.

Скорость переноса энергии называется групповой , таким образом .

Индексы m и n характеризуют распределение магнитного поля в поперечной плоскости. Индекс m характеризует количество стоячих полуволн, укладывающихся вдоль X на расстоянии а. индекс n - количество стоячих полуволн, укладывающихся вдоль Y на расстоянии b. Индексы m и n могут быть только целочисленными.

Под действием виртуальных зарядов, образующихся на стенках прямоугольного волновода появляются поперечные и продольные токи проводимости, которые приводят к увеличению волнового сопротивления.

, ()

В стандартных прямоугольных волноводах выполняется соотношение: .

Антенны.

Лекция.

7. АЧХ антенны. АЧХ антенны – это зависимость напряженности электрического поля в главном направлении от частоты при неизменной мощности на входе.

Рис.

1 – АЧХ, соответствующая узкополосным антеннам (антенна типа диполь); 2 – АЧХ, соответствующая широкополосным антеннам (например, поверхностные антенны); 3 – АЧХ, соответствующая сверхширокополосным или частотно-независимым антеннам (например, логопериодическая антенна).

8. Коэффициент направленного действия (КНД, D). КНД – отношение квадрата напряженности поля, создаваемого антенной в данном направлении, к среднему (по всем направлениям) квадрату напряженности поля.

(По сути, сравнение мощностей).

КНД существует для плоскостей E и H, значение и могут отличаться, результирующий КНД будет вычисляться как среднегеометрическое . КНД сравнивает данную антенну с изотропной (показывает выигрыш) без учета КПД.

9. Коэффициент усиления антенны (G, КУ, ). КУ – отношение мощности, подводимой к данной антенне, к мощности, подводимой к ненаправленной антенне, при условии поучения одинаковой напряженности поля в данной точке пространства.

Рис.

Коэффициент усиления – это тоже самое, что КНД, но с учетом КПД.

10. Шумовая температура. Эта характеристика является дополнительным свойством приемных антенн. Причиной шумов являются объекты на земле и в космосе, помехи на пути приема сигнала (ветки деревьев), электромагнитное излучение (ЭМИ) вызванное деятельностью человека, элементы самой антенны (антенна является проводником с температурой выше 0 К, антенна может быть выполнена из разнородных материалов и так далее). Шумовая температура измеряется в Кельвинах [К] и соответствует температуре резистора, который создавал бы такой же уровень шума на входных зажимах.

При использовании параболической антенны диаметром 90 см в диапазоне Кu (телевизионный спутниковый диапазон) при угле эливации 30° шумовая температура составит порядка 30 К.