Радиоволновод

Анимация электрического поля бегущей электромагнитной волны моды ТЕ31 в прямоугольном волноводе

Радиоволново́д — канал (волновод) для распространения радиоволн.

Соединитель волноводный.
Служит для соединения волноводных трактов из полых металлических волноводов прямоугольного сечения

Радиоволновод (линия передачи) характеризуется тем, что его поперечные размеры соизмеримы с длинами передаваемых волн. Обычно представляет собой металлическую трубу (металлический волновод прямоугольного, круглого, П-образного, H-образного и др. видов сечений) или диэлектрический стержень, внутри которых вдоль их продольных осей распространяются радиоволны в результате многократных отражений от внутренних поверхностей стенок и интерференции отраженных волн. ГОСТ относит к радиоволноводам линии передачи закрытого типа, то есть снабженные внешним металлическим экраном (например, полый металлический волновод, коаксиальный волновод и др.). Радиоволновод с поверхностной волной имеет вид металлической ленты или цилиндрического проводника с нанесенным на них диэлектрическим покрытием, вдоль которых могут распространяться радиоволны различных типов.

Тропосферный радиоволновод представляет собой квазигоризонтальный слой в тропосфере, расположенный на небольшой высоте над земной (водной) поверхностью, в котором радиоволны достаточно высокой частоты могут распространяться как в диэлектрическом волноводе (то есть как в линии передачи) с очень малым ослаблением.

Описание

Боковая поверхность канала радиоволновода 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 обычно заканчиваются металлическими фланцами с отверстиями для крепления фланцев друг к другу. В торцах фланцев делают четвертьволновые круглые или прямоугольные канавки или контактные прокладки, необходимые для уменьшения уровня просачивания электромагнитного излучения в местах стыков.

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

Свойства

Главная особенность радиоволновода заключается в том, что в нём могут распространяться электромагнитные волны, длина волны которых меньше или приблизительно равна поперечному сечению волновода. Это обуславливает применение радиоволноводов главным образом в области сверхвысоких частот.

Электромагнитное поле основной моды (H10) в волноводе прямоугольного сечения

Электромагнитное поле основной моды (H11) в волноводе круглого сечения

Моды E и H в волноводе

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 основной модой. Для прямоугольного волновода такой модой является H₁₀, а для круглого — H₁₁. Возможно подавление нежелательных типов мод.

Возбуждение различных типов мод 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

Основное преимущество металлических радиволноводов по сравнению с двухпроводной симметричной и коаксиальной линиями — малые потери СВЧ-мощности.

Это обусловлено:

• Почти полным отсутствием потерь на излучение энергии в окружающую среду.
• При одинаковых размерах радиоволновода и, например, двухпроводной линии внутренняя 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.

Недостатки

• Существование нижнего предела пропускаемых частот;
• Большое поперечное сечение волноводов дециметровых и более длинных волн.
• Необходимость бо́льшей 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 сильфонного типа. Внутренние стенки волноводов, изготовленных из диэлектрических материалов, должны быть металлизированы. В военной и космической технике внутренние стенки волноводов часто покрывают серебром.

См. также

Запредельный волновод