Плоские электромагнитные волны. Устройство и параметры однородных линий передач

1.

Кафедра радиосвязи
ДИСЦИПЛИНА: ЭМП
и В ( Д-1105-1 )
Тема 2. Плоские электромагнитные волны
Лекция 2/6 (№12). Устройство и параметры
однородных линий передач
Учебные
вопросы:
1. Линии передачи с волной TEM.
2. Волноводные линии передачи.
3. Линии передачи с поверхностной волной.

2.

Введение
№2
В радиотехнических устройствах для передачи ЭМ волн
применяют специальные элементы в виде металлических или
диэлектрических проводников или поверхностей различных
геометрических форм, которые образуют линии передачи.
В технике линии передачи выполняются из металлических
проводников или из диэлектриков так, чтобы было практически
полное отражения от линии.
По конструкции линии передачи могут быть открытого или закрытого
типа. Поле в открытых линиях не экранировано снаружи и существует
в пространстве вокруг линии.
Поэтому только часть энергии волны переносится в ЛП, а другая
часть, меньшая, распространяется вблизи этой линии.
В линиях закрытого типа энергия волны переносится в
экранированном пространстве направляющей системы.

3.

Типы линий передачи
№3
а
д
б
е
Диэлектрические волноводы
кр
в
ж
г
з
Волоконно-оптические линии
HE11
и

4.

1. Линии передачи с волной TEM
У волн класса TEM:
Emz 0,
H mz 0.
Уравнения Гельмгольца переходят в двумерные уравнения Лапласа
Em 0,
2
H m 0,
2
E 0, H 0,
поэтому:
2
2
2 2.
x y
2
0,
кр .
Таким образом, в линиях ТЕМ могут распространяться ЭМ волны
любой частоты. ЭМ поле имеет потенциальный характер
в поперечном направлении
U E dr ,
л U m I m к к С1 .
r
Волновое сопротивление линии зависит от погонной ёмкости.
№4

5.

Принцип перехода к линиям передачи
с волной Т (ТЭМ)
№5
E
H
Металл
Металл
σ
σ
Двухпроводная линия
Полосковая
Коаксиальная линия

6.

Структура поля в линиях в волновой TEM
а
б
2a
d
D
d
в
Δh
a
h
E
H
b
№6

7.

Воздушные (двух-, четырех- и более)
проводные
2 х
Л
120ln d / а , Ом.
а)
2а
d1
в)
+
-
+
d2
d
-
б)
№7
+
d1
г)
+
+
d2
+
-
+
-
-
+
-
-
d
+

8.

Кабельные экранированные
(двухпроводные и коаксиальные)
а)
№8
б)
d
d
D
60
D
Л
ln , Ом
'
д d
2a
D
Z вTEM d 120 d
л
ln
ln Ом.
a
a

9.

Основные типы полосковых линий
а)
3
2
t
w
б)
1
3
t
d
2d
1
w
a
a
2
в)
3
w
4
3
t
d
л 60
№9
ln(8d a) a 2 (32d 2 ) Ом.

10.

2. Волноводные линии передачи
№10
В металлических волноводах ЭМ волны, распространяющиеся в с
фазовой скоростью, превышающей фазовую скорость TEM – волны в
такой же среде и их называют быстрыми волнами.
k , ф TEM
1 Re к к .
ф
фn TEM n ,
n 2
n 1 ( fкрn f )2 1 ( кр
) 1.
n TEM n
Для прямоугольного волновода:
раб кр .
2 2а.
10
кр
1

11.

Поперечные сечения металлических
волноводов
№11
E
а)
H
H10
б)
H11
в
d
Z 0
x
a
H11c
y
в)
2в
2а

12.

3. Линии передачи с поверхностной волной
№12
Поверхностная неоднородная ЭМ волна распространяется
над диэлектриком или частично в нём.
Изменение угла преломления
(0)
(–)
(0)
j
(–)
jотр
jкр jотр
1'
1' > 2'
y
2'
(+)
y
y
ψ = 900
(+)
z
z
(0)
j jкр
jотр
(–)
y
z
Вдоль идеальной поверхности распространяется бегущая волна.

13.

Параметры поверхностной ЭМ волны
k1 k2 ,
пв
1 2
1 2 .
пв
ф
Поэтому направляемая волна по отношению ко второй среде
(менее плотной) называется поверхностной.
Эту волну называют медленной.
Это гибридные волны
EH mn , HEmn .
№13

14.

Структура основной волны НЕ11 в круглом
диэлектрическом волноводе
E
H
№14

15.

Структура основной волны E00 в ОЛП
E
H
d
кр .
№15

16.

Диэлектрические линии передачи
а)
б)
в)
2
1
г)
σ
1
2
d
1
2
2
d 0,25...0,75
№16
1
'
д
1
2
3

17.

ВЫВОДЫ
№17
Люба линия передачи продольно однородна,
т. е. не изменяет своих физических свойств вдоль линии.
При этом поле вдоль линии имеет характер плоской
неоднородной волны.
Однако ввиду поперечной неоднородности направляющей
системы поле уже не может быть неизменным.
В поперечном сечении линии поле неоднородное, так как
должны выполняться граничные условия на поверхности
проводника или диэлектрика, расположенных в другой среде.
Основной особенностью ЭМ волн в линиях является зависимость
параметров волны от рабочей длины волны а следовательно и от
частоты передаваемого сигнала.
Это значит, что в линиях передачи имеет место дисперсия.
Сигнал искажается. Существует ограниченная полос частот.