Радиоволновод — линия передачи СВЧ, описываемая телеграфным уравнением, служащая для передачи радиоизлучения.

Описание

Боковая поверхность канала радиволновода 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 заканчиваются металлическими фланцами с отверстиями для крепления фланцев друг к другу. В боковых стенках фланцев обычно делают четвертьволновые канавки или контактные прокладки^[1], необходимые для уменьшения уровня просачивания мощности через место стыков.

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

Свойства

Главная особенность радиоволновода заключается в том, что в нем могут распространяться электромагнитные волны, длина волны которых меньше или сравнима с характерным поперечным размером волновода. Это обуславливает применение радиоволноводов главным образом в области сверхвысоких частот.

В волноводах могут возбуждаться различные типы (моды) электромагнитных волн Н₁₀, Е₁₁ и др. Мода с наинизшей граничной частотой (наибольшей длиной волны, которая ещё может распространяться по волноводу с данным размером) называется основным типом колебаний. Для прямоугольного волновода такой модой является H₁₀, а для круглого - H₁₁. Возможно подавление нежелательных типов волн. Возбуждение различных типов волн 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

Основным преимуществом металлических радиволноводов по сравнению с двухпроводной симметричной и коаксиальной линиями является малость потерь на СВЧ.

Причины этого:

• Почти полное отсутствие потерь на излучение энергии в окружающую среду;
• При одинаковых размерах радиоволновода и, например, двухпроводной линии 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.
• Легкость монтажа

Недостатки

• Наличие нижнего предела пропускаемых частот;
• Громоздкость конструкции на дециметровых и более длинных волнах;
• Необходимость большой 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 гофрированной поверхности. Внутренние стенки волноводов должны быть металлизированы. В космической технике внутренние стенки волноводов покрывают серебром.

Интересные факты

Круглые отверстия диаметром менее десятой части волны в волноводе - не излучают и используются в космической технике для дегазации волноводов (удаления воздуха в волноводах). Дегазация волноводов в открытом космосе, после запуска космического аппарата, проводится до одной недели. При недостаточной дегазации в космосе воможны электрические пробои в волноводах.

Длинные и узкие отверстия в волноводах поперек волноводов хорошо излучают. Волноводы с такими отверстиями используются в качестве щелевых антенн.

Примечания