Радіохвилевід

Хвилевід (електромагнітний) — лінія передачі, яка описується телеграфними рівняннями (в загальному випадку рівняннями Максвелла) і служить для передачі спрямованих електромагнітних хвиль розпочинаючи з метрового і закінчуючи сантиметровим діапазонами.

Хвилевідний з’єднувач з фланцями.
Для з’єднання ділянок прямокутного хвилевідного тракту

Історія

Вперше ідею хвилевода було запропоновано Дж. Дж. Томсоном в 1893 році, а в 1894 її експеририментально перевірив О. Дж. Лодж. Математичний аналіз розповюдження хвиль в порожньому металічному циліндрі впреше здійснив лорд Релей в 1897 році.

Опис

Бокова поверхня каналу хвилевода є границя розділу двох середовищ, при переході через яку різко змінюються діелектрична проникність або магнітна проникність та електропровідність. Ця поверхня може мати довільну форму. На практиці використовуються циліндричні хвилеводи з різноманітними перерізами (прямокутні, круглі, Н- та П- подібні і т.і.).

До хвилеводів відносять, як правило тільки ті, що мають канал з однозв’язним перерізом, а інші (наприклад, коаксільні кабелі) розглядаються в теорії довгих ліній.

Властивості

Головна особливість хвильовода полягає в тому, що в ньому можуть розповсюджуватися електромагнітні хвилі, довжина яких менша чи співмірна із поперечним перерізом хвилевода. Це обумовлює використання хвилеводів в основному в області надвисоких частот (сантиметровий та дециметровий діапазони). За використанням поділяються на дві групи: фідери та лінії далекого зв’язку. Фідери служать для передачі енергії між блоками апаратури, що знаходяться на порівняно невеликій відстані, наприклад, антенно-фідерна система радіолокаційної станції чи мережевий кабель між ПК локальної мережі. Лінії далекого зв’язку служать для передачі даних на великі відстані. Лінія радіозв’язку використовує атмосферу.

Технічні вимоги

• малий коефіцієнт загасання, що забезпечує високий коефіцієнт корисної дії (ККД) фідера;
• забезпечення заданої потужності, що передається, без електричних пробоїв і перегріву;
• економічна доцільність, обумовлена помірними поперечними розмірами, малою вагою, доступними матеріалами, простотою конструкції і технології виробництва та ін.

Переваги та недоліки

Переваги

Основною перевагою металічних хвилеводів в порівнянні з двохпровідними лініями передачі та коаксильними кабелями є незначні втрати на НВЧ.

Причини цього:

• Майже повна відсутність втрат на випромінювання енергії в навколишнє середовище;
• При однакових розмірах хвилевода та, наприклад, двопровідної лінії поверхня хвилевода, по якій течуть струми (скін ефект) завжди більша ніж у двопровідної лінії. Із цього випливає, що густина поверхневих струмів, а отже і втрати на джоулеве тепло, будуть в хвилеводах менші.

Недоліки

• Наявність нижньої границі для пропускних частот;
• Громіздкість конструкції на дециметрових та більш довгих хвилях;
• Необхідність більшої точності виготовлення та спеціальної обробки внутрішньої поверхні стінок хвилевода; * Складність монтажу.

Використання

Хвилеводи, в основному використовують для передачі енергії в НВЧ трактах (наприклад, від передавача до антени). Такий тракт як правило складається з різних за формою та розмірами хвилеводів, кутових згинів тощо. Для сполучення хвилеводів з різними поперечними перерізами використовуються плавні хвилеводні переходи зі змінним перерізом (наприклад, рупорний перехід).

Див. також

• Стрічковий хвилевід

Література

• Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники: Электромагнитное поле. Учебник для студентов вузов.- 7-е изд., перераб. И доп.- М.:высшая школа, 1978 .-321с.
• Шпольский Э. В. Атомная физика (в 2-х томах). — М. : Наука, 1974. — Т. 1. — 576 с.
• Аллен К. У. Астро- физические величины.- перераб. И доп. Издание, М.:Мир,1977 .-446с.
• Физика космоса. Маленькая энциклопедия.- Изд. Второе, перераб. И дополненное, М.: Советская энциклопедия",1986 .-783с.
• П. М. Чернишов В. П. Самсонов М. П. Чернишов «Технічна електродинаміка» Х.: Прапор, 2006 .-290с.

Посилання

1. J. J. Thomson (1893). Recent Researches in Electricity and Magnetism. Oxford: Clarendon Press. 
2. O. J. Lodge.  // Proc. Roy. Inst.. — 1894. — Т. 14. — С. 321.
3. Lord Rayleigh. On the passage of electric waves through tubes, or the vibrations of dielectric cylinders // Phil. Mag.. — 1897. — Т. 43, вип. 125-132.