Разновидности линий передачи электромагнитной энергии: коаксиальная линия, полосковая и микрополосковая линии, волноводы. Отчет по практике. Физика.
💣 👉🏻👉🏻👉🏻 ВСЯ ИНФОРМАЦИЯ ДОСТУПНА ЗДЕСЬ ЖМИТЕ 👈🏻👈🏻👈🏻
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!
Похожие работы на - Разновидности линий передачи электромагнитной энергии: коаксиальная линия, полосковая и микрополосковая линии, волноводы
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Нужна качественная работа без плагиата?
Не нашел материал для своей работы?
Поможем написать качественную работу Без плагиата!
Министерство
образования и науки Украины
Харьковский
национальный университет радиоэлектроники
"Разновидности
линий передачи электромагнитной энергии: коаксиальная линия, полосковая и
микрополосковая линии, волноводы"
.
ПОЛОСКОВАЯ И МИКРОПОЛОСКОВАЯ ЛИНИИ
3.1
Прямоугольный металлический волновод
В практике важное значение имеет решение задачи
по передаче электромагнитной энергии от генератора к потребителю. Выполнить
такую передачу электромагнитной энергии можно с помощью линии передачи.
Линия передачи
- это устройство, предназначенное для передачи энергии от генератора к
потребителю.
На высоких частотах и на большие расстояния
электромагнитная энергия передается с помощью излучающих систем (антенн). В
этом случае энергия распространяется в свободном пространстве, т.е. в
окружающей среде.
На высоких частотах и на малые расстояния, а
также на низких частотах передачу электромагнитной энергии осуществляют с
помощью направляющих систем. В основе направляющей системы лежит способность металлической
поверхности направлять движение электромагнитной волны. Также для этой цели
используется граница раздела двух диэлектриков.
Передать электромагнитную энергию можно с
помощью двухпроводной, ленточной, коаксиальной, микрополосковой линии, волноводов
разных типов, а также некоторых других линий передачи.
Кроме линий из параллельных проводов, которые
широко применяются для передачи электрической энергии промышленной частоты и
сигналов звуковых частот (линии для передачи мощности и телефонные линии),
существуют также линии в виде коаксиального или концентрического кабеля. Такие
линии, показанные на рис. 1, имеют ряд преимуществ и применяются для передачи
энергии очень высоких частот.
Главным преимуществом является то, что при
правильном подсоединении генератора и нагрузки (при необходимости - через
балансные трансформаторы) все поля заключены в области между двумя
проводниками. Таким образом они полностью изолированы от электрических и
магнитных полей или от напряжений и токов соседних линий. Поэтому несколько
таких линий с токами одной и той же или разных высоких частот могут
группироваться без заметного влияния друг на друга.
Коаксиальные кабели чрезвычайно широко
используются для передачи телевизионных сигналов из одного места в другое. На
рис. 1 показано распределение электрического и магнитного полей внутри
коаксиального кабеля. Электрическое поле в нем радиальное, а магнитное поле
концентрическое. По внутреннему и внешнему проводам текут равные, но
противоположные по фазе токи. Вследствие так называемого поверхностного эффекта
(скинэффекта), особенно заметного на высоких частотах, ток течет только в
поверхностном слое проводника. В концентрическом кабеле он проходит по внешней
поверхности внутреннего провода и внутренней поверхности внешнего провода,
определяя соответствующую картину электрического и магнитного полей.
Волновое сопротивление коаксиальной линии
определяется по той же формуле, что и в случае линии передачи из параллельных
проводов:
Рис. 1. Электрическое и магнитное поле
коаксиальной линии передачи
В случае воздушного диэлектрика между
проводниками волновое сопротивление коаксиальной линии может быть рассчитано по
формуле:
где а - внешний радиус внутреннего провода, b -
внутренний радиус внешнего провода.
Если пространство между проводниками заполняется
каким-либо твердым изолятором, диэлектрическая постоянная которого больше единицы,
емкость между проводниками увеличивается, а волновое сопротивление линии
уменьшается пропорционально корню квадратному из емкости. В большинстве гибких
кабелей, как из параллельных проводов, так и в коаксиальных кабелях,
используются твердые пластичные диэлектрики. Поэтому волновое сопротивление
таких кабелей ниже волнового сопротивления линий с воздушным диэлектриком.
Гибкие коаксиальные кабели обычно имеют волновое
сопротивление около 50 ом, а коаксиальные кабели с воздушным диэлектриком -
50-70 ом. Параллельные линии с воздушным диэлектриком имеют волновое
сопротивление порядка 300-600 ом. Для гибких линий из параллельных проводов с
твердым диэлектриком (симметричный плоский кабель с резиновой изоляцией),
рассчитанных для передачи высоких частот, сопротивление делается равным 300,
150 или 75 ом.
. ПОЛОСКОВАЯ И МИКРОПОЛОСКОВАЯ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧ
Полосковые линии
- линии передачи, содержащие проводники в виде одной или нескольких полосок,
расположенных в воздухе (воздушные П. л., рис. 2, а, б) либо нанесённых на
диэлектрик (рис. 2, в - д), называются подложкой .
Иногда в качестве подложки применяют феррит или
полупроводник. Воздушные П. л. чаще используют в диапазоне частот 1-100 МГц, а
П. л., нанесённые на диэлектрик,- до 100 ГГц. Наиб, распространены П. л., у
которых одна поверхность подложки полностью металлизирована (микрополосковые
линии, рис. 2, в, г). Они обеспечивают простое соединение активных элементов
интегральных схем (ИС) с подложкой через металлизированные отверстия в ней;
применяются вплоть до миллиметрового диапазона волн. В миллиметровом диапазоне
чаще используются подвешенные (рис. 2, д, ж)и обращённая (рис. 2, е) линии.
Рис. 2. Виды полосковых линий передач
Электрические
свойства полосковых линий
характеризуются волновым сопротивлением Z в
коэффициентом
замедления h и
коэффициентом
затухания
α. Подвешенные и обращенные П. л.
отличаются от др. П. л. тем, что сторона подложки, противоположная полоскам, не
металлизирована; они обладают меньшими потерями энергии в проводниках, чем
микрополосковые линии, допускают передачу большей мощности.
Волновые
сопротивления и
коэффициент
замедления этих линий зависят от расстоянии между диэлектриком и экранами, что
используют для перестройки устройств на П. л. и для выравнивания скоростей
чётных и нечётных волн в связанных линиях (рис. 2,
ж) . Такое
выравнивание необходимо для создания широкополосных направленных ответвителей.
К П. л. относятся
копланарная (рис. 2,
з)
и щелевые (рис. 2,
и ) линии. Все
проводящие полоски этих линий расположены с одной стороны подложки. Поэтому они
допускают монтаж активных элементов, в т ч соединение с "землёй", с
одной стороны подложки и удобны для создания монолитных ИС. В сочетании с П л
нанесёнными на др. сторону подложки, они существенно расширяют возможности
создания различной конструкции ИС.
Рис. 3. Дисперсионные
характеристики различных типов волн
В П. л. могут существовать
разл. типы волн отличающиеся распределением поля и тока по ширине полоски. Их
дисперсионные характеристики (сплошные линии) представлены на рис. 3.
Основной тип волны (кривая O )
называется
квази-ТЕМ-волной, поскольку эта волна как и ТЕМ-волна. может распространяться в
диапазоне длин волн поперечные
компоненты эл -магн. поля в ней существенно больше, чем продольные (в ТЕМ-волне
продольные компоненты поля отсутствуют), а при достаточно больших длинах волн и она
описывается
телеграфными
уравнениями.
З десь и -
относительные электрич. и магн. проницаемости материала подложки, W -
ширина полоски, - толщина
подложки. По мере уменьшения (роста частоты) коэф. замедления
всех типов волн стремится к величине соответствующей волне, которая
распространяется в среде, имеющей те же параметры, что и подложка П. л.
Рост замедления связан с тем,
что по мере увеличения частоты эл--магн. поле сосредоточивается в диэлектрике.
Наиболее быстрый рост замедления квази-ТЕМ-волны происходит вблизи частот, при которых в
подложке укладывается четверть волны а на ширине полоски - полуволны
Квази-ТЕМ-волна полностью
определяется погонными индуктивностью L ,
ёмкостью С, сопротивлением проводника R, проводимостью подложки G .
Через эти параметры определяются такие величины, как коэф. замедления
(здесь с -
скорость света в свободном пространстве),
Часто при = 1 в
области частот для к-рой справедливы телеграфные уравнения
вместо коэф. замедления используют эфф. диэлектрич. проницаемость поскольку
в этой области
= где - погонная
ёмкость П. л. в отсутствие подложки.
Дисперсионные характеристики высших
типов волн в П. л. близки к дисперсионным характеристикам волн в диэлектрич. волноводе. Эти
типы волн используются для создания на основе П. л. высокоподобных резонаторов.
Поле в П.л. локализовано вблизи проводящей полоски, если коэф. замедления волн
в П. л. (рис. 3, кривые 0, 1, 2 ) выше,
чем в двуслойном волноводе (рис. 3, кривая 3) . В
противном случае возможно излучение волны полоской т. е. трансформация волны в
П. л. в волну двуслойного волновода.
Излучение возможно
также на неоднородностях в П. л. (повороты, разрывы, навесные элементы и т.п.).
Область значений n, лежащая выше кривой 3 ,
называется областью дискретного спектра , а ниже - областью
непрерывного спектра , поскольку в последнем случае коэф. замедления и длины
волн (частоты) могут принимать любые значения.
П. л. отличаются от др. линий
передачи малыми габаритами и простотой изготовления; допускают применение
планарной технологии (напыление, фотолитография и т. п.), поэтому удобны для
создания ИС как в качестве линии передачи эл--магн. энергии так и в качестве
элементов СВЧ-устройств (резонаторов, фильтров, линии
задержки, направленных ответвителей и др.).
.1 Прямоугольный металлический волновод
На практике наиболее часто для передачи
электромагнитных волн СВЧ-диапазона используют прямоугольные металлические
волноводы, представляющие собой полые металлические трубы прямоугольного
сечения. На рис. 4 приведено схематичное изображение прямоугольного
металлического волновода.
Рис. 4. Схематическое изображение прямоугольного
металлического волновода
Принято считать, что размеры широкой стенки
волновода обозначают а, узкой стенки b.
Таким образом, размеры прямоугольного сечения волновода обозначают ахb.
Такое обозначение указано в государственном стандарте (ГОСТ).
Размеры волноводов, применяемых в различных
диапазонах волн, берутся в справочниках по волноводной технике[ ]. С
прямоугольными волноводами связывают прямоугольную декартовую систему координат
(x, y,
z). Обычно, систему
координат размещают так, как показано на рис. 4.
Широкое применение полых металлических
волноводов обусловлено их следующими достоинствами:
- высокая технологичность
изготовления;
- достаточно малое затухание энергии
при распространении волны;
- возможность передачи значительных
мощностей в импульсном режиме.
Будем полагать, что внутри волновода находится
воздух или вакуум (e=1), т.е. для такого волновода
параметры среды имеют значения
Пусть стенки волновода выполнены из
идеального проводника, т.е. удельная проводимость s = ¥.
В таких волноводах могут
распространяться волны Е- и Н-типов. На практике наибольшее распространение
получили волны Н-типа, в частности, основной тип волны - волна Н 10 .
Заметим, волна Н-типа для волновода прямоугольного сечения записывается в виде
Н mn , где m,n - индексы,
указывающие на количество полуволн вдоль оси х и у соответственно.
Исследуем поле Н-волны в
прямоугольном волноводе. Напомним, что для такой волны имеется продольные и
поперечные составляющие магнитного поля, продольные составляющие электрического
поля равны нулю.
Волновое уравнение для составляющей имеет вид
Решение уравнения Гельмгольца (4.1)
находится в виде
Волновой процесс происходит и вдоль
оси Z и вдоль
перпендикулярной плоскости ХОY. Введем соответствующие волновые
числа или постоянные распространения:
g
- постоянная распространения в свободном пространстве,
Между волновыми числами существует
связь
На основе формулы (1.5) можно
продольное волновое число выразить в виде . Из полученной формулы можно
вскрыть важную особенность, позволяющую понять процесс распространения волны в
волноводе:
1) Если g>g,
то продольное волновое число является вещественным и это означает, что вдоль
оси z распространяется
бегущая волна;
2) Если gПохожие работы на - Разновидности линий передачи электромагнитной энергии: коаксиальная линия, полосковая и микрополосковая линии, волноводы Отчет по практике. Физика.
Доклад: Нападения крестноносцев на Русь
Сочинение Про Цвет Зеленый На Английском Языке
Дипломная работа по теме Маркшейдерско-геодезическое обеспечение строительства хвостохранилища золоторудного месторождения 'Секисовское'
Сочинения Рассуждения Цыбулько Огэ
План Сочинения По Картине
Курсовая работа по теме Организация труда в цехе кулинарии и полуфабрикатов на ОАО 'Могилевский мясокомбинат'
Курсовая работа по теме Расчет трудоемкости выполнения работ на агрегатном участке
1942 Год Сочинение
Реферат: Сущность финансового менеджмента 2
Реферат: Представления учителей об образе ученика и условиях учебного взаимодействия в различных формах обучения
Дипломная работа по теме Антикризове фінансове управління на підприємстві (на прикладі приватної виробничо-комерційної фірми 'Адлер')
Реферат: Князь Костянтин Іванович Острозький
Реферат: The Best Way To Fix Greed Essay
Контрольная Работа 4 Класс 3 Модуль
Курсовая работа: Мотивация и удовлетворенность персонала работой в организации
Курсовая работа по теме Диагностика и развитие творческих способностей в дошкольном возрасте
Реферат: Понятие об эволюции и история эволюционной теории
Статья: Образ Чингисхана в устной и письменной культуре монголов
Сочинение О Своем Городе На Английском Языке
Письмо Третье Самое Большое Сочинение Рассуждение
Похожие работы на - Организация территориального общественного самоуправления в малых и удаленных поселках
Курсовая работа: Средние величины и показатели вариации
Курсовая работа: Вооруженные силы Московского государства в XVII веке