SHPORA.net :: PDA

[ Back ]

Если частота передачи достаточно высока, то электрическая и магнитная

составляющие сигнала могут распространяться в свободном пространстве (не

требуется сплошной проводник). Для того чтобы сигнал распространялся в нужном

направлении с наименьшими помехами и потерями, иногда используют такую среду как

волновод.

Виды волноводов:

• металлический волновод;

Металлический волновод представляет собой полую металлическую трубку круглого

(рисунок 1) или прямоугольного сечения. Плоская (для прямоугольного волновода)

или цилиндрическая (для круглого) электромагнитные волны могут распространяться

по волноводу, отражаясь от стенок.

В результате интерференции отраженных под определенными углами волн образуются

направляемые волновые структуры с синусоидальным или близким к нему

распределением поля в поперечном сечении. При этом амплитуды направляемых волн

описываются функциями от поперечных координат. Такие волновые структуры

называются модами (от англ. mode). В кабеле эти моды оказались мешающими,

паразитными. В волноводе же при отсутствии центрального провода уже не может

распространяться "кабельная" волна, но одна из мод может быть использована для

передачи сигнала. Одномодовый режим работы можно осуществить, например, для

круглого волновода при 1,3 d < l < 1,7 d, где d – внутренний диаметр волновода.

Заметим, что здесь l = c / f. Она неравна длине волны моды в волноводе, которая

имеет другое значение.

Из указанного условия видно, что в одномодовом режиме волновод может работать

только в полосе частот, причем для каждой полосы частот необходим свой волновод.

Металлические волноводы получили применение в качестве линий передачи

сантиметровых и миллиметровых волн. Центры полос одномодовых режимов работы

стандартных волноводов соответствуют l = 10 см, 3,2 см и 8 мм. При уменьшении

длины волны уменьшаются поперечные размеры волновода и возрастают потери

мощности волны в стенках. Поэтому для волн с длинами порядка миллиметра и короче

волноводы применяются лишь на очень короткие расстояния.

Металлические волноводы применяют на частотах от 2 до 110 ГГц для соединения

сверхвысокочастотных передатчиков и приемников с антеннами. В волноводы под

повышенным давлением закачивается сухой воздух или чистый азот. Это делается с

целью снижения влажности, поскольку в сверхвысокочастотном диапазоне она

существенно увеличивает затухания. Прокладка волноводной линии при условиях,

которые требуется выполнить (прямолинейность трассы и др.), оказывается очень

дорогостоящей, поэтому их применение не стало массовым.

• диэлектрический волновод;

Диэлектрический волновод – это стержень из диэлектрического материала, в котором

могут распространяться электромагнитные волны с малыми потерями. Для волн

миллиметрового диапазона это полистирол и полиэтилен (фторопласт),

малопоглощающие, так называемые неполярные диэлектрики. Электромагнитная волна

может распространяться внутри стержня, отражаясь от его границ под углом полного

внутреннего отражения. Как и в металлическом волноводе, при интерференции

образуются направляемые волны – моды. При этом нет потерь мощности в металле, но

имеют место потери в диэлектрике. Эти потери все же достаточно велики, поэтому

диэлектрические волноводы получили применение для передачи сигнала на

миллиметровых волнах на сравнительно короткие расстояния (метры, десятки

метров).

Однако диэлектрические волноводы оказались чрезвычайно перспективными для

применения в диапазоне световых волн, точнее, в диапазоне инфракрасных волн с

длиной волны порядка микрометра. Они представляют собой волокна из стекла,

поэтому получили название оптических волокон или волоконных световодов.

В современных высокоскоростных сетях используется волоконно-оптический кабель,

по сути являющийся диэлектрическим волноводом.