Промышленное производство
Промышленный Интернет вещей | Промышленные материалы | Техническое обслуживание и ремонт оборудования | Промышленное программирование |
home  MfgRobots >> Промышленное производство >  >> Manufacturing Technology >> Промышленные технологии

Волноводы

волновод представляет собой линию передачи особой формы, состоящую из полой металлической трубки. Стенка трубки обеспечивает распределенную индуктивность, а пустое пространство между стенками трубки обеспечивает распределенную емкость.

Волноводы проводят микроволновую энергию с меньшими потерями, чем коаксиальные кабели.

Волноводы применимы только для сигналов чрезвычайно высокой частоты, где длина волны приближается к размерам поперечного сечения волновода. Ниже таких частот волноводы бесполезны в качестве линий электропередачи.

Использование волноводов в качестве линии передачи

Однако при работе в качестве линий передачи волноводы значительно проще двухжильных кабелей, особенно коаксиальных, в производстве и обслуживании.

Имея только один проводник («оболочку» волновода), нет никаких проблем с правильным расстоянием между проводниками или плотностью диэлектрического материала, поскольку единственный диэлектрик в волноводе - воздух.

Влага не является такой серьезной проблемой для волноводов, как для коаксиальных кабелей, и поэтому волноводы часто не нуждаются в газовом «заполнении».

Волноводы можно рассматривать как проводники для электромагнитной энергии, причем сам волновод действует как не что иное, как «руководитель» энергии, а не как проводник сигнала в обычном смысле этого слова.

В некотором смысле все линии передачи действуют как проводники электромагнитной энергии при передаче импульсов или высокочастотных волн, направляя волны, как берега реки направляют приливную волну.

Однако, поскольку волноводы являются однопроводными элементами, распространение электрической энергии по волноводу имеет совершенно иную природу, чем распространение электрической энергии по двухпроводной линии передачи.

Что такое распространение поперечных электрических и магнитных волн?

Все электромагнитные волны состоят из электрического и магнитного полей, распространяющихся в одном направлении движения, но перпендикулярных друг другу. По длине нормальной линии передачи электрическое и магнитное поля перпендикулярны (поперечны) направлению распространения волны.

Это известно как основной режим . или ТЕМ ( T ransverse E lectric и M agnetic) режим. Этот режим распространения волн может существовать только там, где есть два проводника, и это преобладающий режим распространения волн, при котором размеры поперечного сечения линии передачи малы по сравнению с длиной волны сигнала.

Распространение двухпроводной линии передачи:режим ТЕА.

В микроволновке частоты сигналов (от 100 МГц до 300 ГГц), двухпроводные линии передачи любой значительной длины, работающие в стандартном режиме ТЕМ, становятся непрактичными.

Линии, достаточно малые в поперечном сечении для обеспечения распространения сигнала в режиме ТЕМ для микроволновых сигналов, как правило, имеют низкое номинальное напряжение и страдают от больших паразитных потерь мощности из-за «кожи» проводника и диэлектрических эффектов.

К счастью, однако, на этих коротких длинах волн существуют другие способы распространения, которые не столь «с потерями», если используется проводящая трубка, а не два параллельных проводника. Именно на этих высоких частотах становятся практичными волноводы.

Когда электромагнитная волна распространяется по полой трубе, только одно из полей - электрическое или магнитное - фактически будет поперечно направлению распространения волны.

Другое поле будет «петлей» в продольном направлении по отношению к направлению движения, но по-прежнему будет перпендикулярно другому полю. Какое бы поле ни оставалось поперечным по отношению к направлению движения, определяет, распространяется ли волна в TE режим ( T ransverse E лектрический) или TM ( T обратный M agnetic) режим.

Волноводная (TE) поперечная электрическая и (TM) поперечная магнитные моды.

Для данного волновода существует множество вариаций каждой моды, и полное обсуждение этого вопроса выходит далеко за рамки этой книги.

Как сигналы вводятся в волноводы и извлекаются из них?

Сигналы обычно вводятся в волноводы и выводятся из них с помощью небольших антенно-подобных устройств связи, вставленных в волновод. Иногда эти элементы связи имеют форму диполя, который представляет собой не что иное, как два шлейфа с открытым концом соответствующей длины.

В других случаях ответвитель представляет собой одиночный шлейф (полудиполь, в принципе похожий на «штыревую» антенну, с физической длиной 1 / 4λ) или короткую петлю из провода, оканчивающуюся на внутренней поверхности волновода.

Соединение шлейфа и петли с волноводом.

В некоторых случаях, например, в классе вакуумных ламповых устройств, называемом индуктивными выходными лампами (так называемый клистрон трубка попадает в эту категорию), «полость» из проводящего материала может улавливать электромагнитную энергию от модулированного пучка электронов, не контактируя с самим пучком.

Индуктивная выходная лампа клистрона.

Что такое полостной резонатор?

Точно так же, как линии передачи могут функционировать как резонансные элементы в цепи, особенно когда они прерываются коротким замыканием или разомкнутой цепью, тупиковый волновод также может резонировать на определенных частотах.

В таком случае устройство называется объемным резонатором . . В индуктивных выходных трубках используются полые резонаторы тороидальной формы для максимального повышения эффективности передачи энергии между электронным пучком и выходным кабелем.

Резонансную частоту полости можно изменить, изменив ее физические размеры. Для этого изготавливаются полости с подвижными пластинами, винтами и другими механическими элементами для настройки, обеспечивающими грубую настройку резонансной частоты.

Если резонатор открыт с одного конца, он работает как однонаправленная антенна.

На следующей фотографии показан самодельный волновод из жестяной банки, используемый в качестве антенны для сигнала 2,4 ГГц в компьютерной сети связи «802.11b».

Соединительный элемент представляет собой четвертьволновой шлейф:не что иное, как кусок сплошного медного провода длиной около 1-1 / 4 дюйма, идущий от центра соединителя коаксиального кабеля, проходящего через край банки.

Кан-тенна иллюстрирует соединение заглушки с волноводом.

На заднем плане можно увидеть еще несколько антенн из жестяных банок, одна из них - банка для картофельных чипсов Pringles. Хотя эта банка изготовлена ​​из картона (бумаги), ее металлическая внутренняя облицовка обеспечивает необходимую проводимость для работы в качестве волновода.

Некоторые банки на заднем плане все еще закрыты пластиковыми крышками. Пластик, не проводящий ток, не мешает прохождению радиочастотного сигнала, но действует как физический барьер, предотвращающий попадание дождя, снега, пыли и других физических загрязнений в волновод.

«Настоящие» волноводные антенны используют аналогичные барьеры для физического ограждения трубки, но позволяют беспрепятственно проходить электромагнитной энергии.

ОБЗОР:


Промышленные технологии

  1. «Длинные’ ’и« Короткие ’’ строки передачи
  2. Что такое трансмиссионная жидкость и для чего она нужна?
  3. Что такое передача и как она работает?
  4. Timken для приобретения подшипников QM и передачи мощности
  5. Сигнально-прозрачные TPE для высокоскоростной передачи 5G
  6. Каковы основные типы механических систем передачи энергии?
  7. Ведущие производители промышленных трансмиссий
  8. Бэби-бумеры на пенсии или проблема передачи знаний
  9. Прямые водяные насосы делают преимущества для передачи воды
  10. Что такое токарный станок с инверторной передачей