Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

1 Homogenní duté kovové vlnovody. 2 Ideálním (bezeztrátovým) dutým kovovým vlnovodem se mohou bez útlumu šířit signály, jejichž kmitočet (vlnová délka)

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "1 Homogenní duté kovové vlnovody. 2 Ideálním (bezeztrátovým) dutým kovovým vlnovodem se mohou bez útlumu šířit signály, jejichž kmitočet (vlnová délka)"— Transkript prezentace:

1 1 Homogenní duté kovové vlnovody

2 2 Ideálním (bezeztrátovým) dutým kovovým vlnovodem se mohou bez útlumu šířit signály, jejichž kmitočet (vlnová délka) leží v pásmu propustnosti daného vlnovodu, tedy splňuje nerovnost f > fmf > fmf > fmf > fm f > fmf > fmf > fmf > fm < m < m kde f m je tzv. mezní (kritický) kmitočet daného vlnovodu, příp. m je jeho mezní (kritická) vlnová délka. Hodnota m závisí jen na příčných rozměrech vlnovodu, mezní kmitočet f m závisí kromě toho i na parametrech prostředí, jímž je vlnovod vyplněn. Signál o kmitočtu v pásmu nepropustnosti, tj. příp.příp. f < fmf < fmf < fmf < fm f < fmf < fmf < fmf < fm > m > m příp.příp. je daným vlnovodem intenzivně tlumen – signál se vlnovodem nešíří. Mezní kmitočet (mezní vlnová délka) vlnovodu je nejnižší kmitočet (nejdelší vlnová délka) signálu, který se již může daným vlnovodem šířit - v ideálním případě bez útlumu. Přechod mezi pásmem propustnosti a nepropustnosti vlnovodu je velmi ostrý. Měrný útlum reálného vlnovodu na kmitočtech těsně pod mezním kmitočtem činí několik desítek až stovek dB/m, těsně nad mezním kmitočtem jeho velikost klesá na několika desetin až setin dB/m.

3 3 Fázová rychlost v f vlny je rychlost, s níž se v podélném směru vlnovodu pohybují místa konstantní fáze signálu Zde v = 1/(  ) 1/2 je rychlost rovinné vlny v neomezeném prostoru , . Pro vzduch v = c = 3· 10 8 m/s je rychlost světla ve vakuu.  Protože v pásmu propustnosti vlnovodu je f > f m ( v a v sk c a v sk f m ( v a v sk c a v sk < c. Skupinová (grupová) rychlost v sk je rychlost modulační obálky signálu ve vlnovodu a též rychlost přenosu energie vlny v podélném směru vlnovodu.  Protože fázová i skupinová rychlost závisejí na kmitočtu signálu, je dutý kovový vlnovod vždy disperzním vedením, a to i vlnovod ideální (bezeztrátový).

4 4 Délka vlny ve vlnovodu je vzdálenost, kterou urazí vlna v podélném směru vlnovodu fázovou rychlostí v f za dobu jedné periody signálu T = 1/ f V pásmu propustnosti vlnovodu (. Toto pro- dloužení vlny ve vlnovodu je způsobeno zvětšením fázové rychlosti vlny v f ve vlnovodu nad rychlost světla c. Je důležité rozlišovat vlnové délky a g. Jejich rozdíl může nabývat značných hodnot. S rostoucí vlnovou délkou (s klesajícím kmitočtem signálu) roste i g, až pro  m je g  . c c f f = —– = —– vf vf vf vf vf vf vf vf f f g = —– g = —– v f > c g >  g >  

5  při f   je   0 a vlna se šíří v ose vlno- vodu;  při f  f m je   90° a vlna nepostupuje vlnovo- dem v podélném směru.  při f   je   0 a vlna se šíří v ose vlno- vodu;  při f  f m je   90° a vlna nepostupuje vlnovo- dem v podélném směru. Úhel  závisí na kmitočtu: 5 ekvifázová rovina Celková vlna ve vlnovodu se skládá z nekonečně mnoha dílčích rovinných vln, které se šíří vlnovo- dem pod určitým úhlem . Na vodivém plášti vlnovo- du se odráží a těmito odrazy se šíří vlnovodem po dráze lomené čáry.   c v sk vfvfvfvf Fázová rychlost (rychlost pohybu ekvifázových ro- vin) je větší než rychlost světla a skupinová rych- lost (rychlost šíření ener- gie v podélném směru) je menší než rychlost světla.

6 Okrajové podmínky na plášti vlnovodu Elektromagnetické pole ve vlnovodu musí splňovat tzv. okrajové podmínky na (vnitřním) povrchu jeho válcového kovového pláště s velmi vysokou vodivostí  V  . Okrajová podmínka říká, že tečná složka intenzity elektrického pole na dokonale vodivém plášti vlnovodu je nulová E t = 0 na vnitřním povrchu pláště vlnovodu Na dokonale vodivém plášti vlnovodu je rovněž nulová normá- lová složka intenzity magnetického pole H n = 0 na vnitřním povrchu pláště vlnovodu Při E t  0 a  V =  by po povrchu dokonalého vodiče tekly nekonečně velké proudy, neboť i t =  V · E t 6  nemožné !!

7 7 Celkové elmag. pole v dutém kovovém vlnovodu lze for- málně vyjádřit jako superpozici (součet) dvou typů vln:  Vlny transverzálně (příčně) magnetické (vlny TM) Vlna TM nemá podélnou složku magnetického pole ( H Z = 0), jeho magnetické pole má pouze složky příčné. Elektrické pole vlny TM má složky do směrů všech tří souřadných os. Vlna TM nemá podélnou složku magnetického pole (HZ (HZ (HZ (HZ = 0), jeho magnetické pole má pouze složky příčné. Elektrické pole vlny TM má složky do směrů všech tří souřadných os.  Vlny transverzálně (příčně) elektrické (vlny TE) Vlna TE nemá podélnou složku elektrického pole ( E Z = 0), jeho elektrické pole má pouze složky příčné. Magnetické pole vlny TE má složky do směrů všech tří souřadných os. Vlna TE nemá podélnou složku elektrického pole (EZ (EZ (EZ (EZ = 0), jeho elektrické pole má pouze složky příčné. Magnetické pole vlny TE má složky do směrů všech tří souřadných os. Ve vlnovodu s dokonale vodivými stěnami mohou být vlny TM a TE samostatně buzeny a šířit se nezávisle jedna na druhé. Každá vlna TM a TE tak představuje samostatný přenoso- vý kanál vlnovodu. Jednotlivé technické parametry vlnovodu se pak definují a určují samostatně pro vlny TM a samostatně pro vlny TE

8 8 Charakteristická impedance vlny ve vlnovodu je definována jako podíl komplexních amplitud příčných složek intenzit elektrického a magnetického pole ve vlnovodu V pásmu propustnosti vlnovodu je Z 0 reálná : pro vlnu TM je menší než hodnota (  /  ) 1/2, pro vlnu TE je větší než (  /  ) 1/2. V pásmu nepropustnosti jsou Z 0 ryze imaginární : pro vlnu TM má kapacitní charakter a pro vlnu TE induktivní charakter.

9 9 Útlum vlnovodu vlivem nedokonale vodivých stěn je dán výrazným povrchovým jevem ve stěnách vlnovodu na uvažo- vaných velmi vysokých kmitočtech přenášených signálů. Ztrátové vlastnosti kovového pláště jsou zde charakterizovány hloubkou vniku δ kde  V a  V jsou permeabilita a specifická vodivost kovového materiálu stěn vlnovodu. nebo tzv. vysokofrekvenčním povrchovým (plošným) od- porem R S

10 10 Útlum vlnovodu vlivem ztrátového dielektrika je způsoben nenulovou svodovou měrnou vodivostí  dielektrického pro- středí, jímž je vyplněn vnitřní objem vlnovodu [Np/m] Zde tg  =  /  je tzv. ztrátový činitel, jímž se vyjadřují ztrá- tové vlastnosti dielektrických materiálů. Ztráty v dielektriku je nutno v praxi obvykle uvažovat jen v případě pevných či kapalných dielektrik. Většinou jsou však vlnovody zaplněny suchým vzduchem, jehož ztráty jsou zanedbatelné.

11 11 Předchozí dva druhy útlumu vznikají v kmitočtovém pásmu propustnosti vlnovodu. V pásmu nepropustnosti, tedy při f m ) dochází k útlumu vlny vlivem odrazu od vstupu vlnovodu. Jeho měrná hodnota v [Np/m] je Poslední dva výrazy platí pro tlumení vlnovodu na kmitočtech hluboko pod mezním kmitočtem f << f m, kdy je hodnota  odr prakticky kmitočtově nezávislá.


Stáhnout ppt "1 Homogenní duté kovové vlnovody. 2 Ideálním (bezeztrátovým) dutým kovovým vlnovodem se mohou bez útlumu šířit signály, jejichž kmitočet (vlnová délka)"

Podobné prezentace


Reklamy Google