Лекции по физике 6a - страница 29

Пусть теперь наш сигнал-генератор включен на частоту, чуть-чуть меньшую, чем w_>с. Тогда показания детектора будут постепенно падать по мере того, как пробник удаляется вдоль волновода. Если еще понизить частоту, напряженность поля начнет убывать быстрее, следуя кривой фиг. 24.7 и показывая, что волны не распространяются.

§ 6. Сочленение волноводов

Важное практическое применение волноводов состоит в пере­даче высокочастотной мощности. Ими, например, соединяют высокочастотный осциллятор или выходной усилитель радио­локатора с антенной. Сама же антенна обычно состоит из пара­болического рефлектора, в фокус которого подается энергия от волновода, расширяющегося на конце в виде «рога», который излучает волны, приходящие по волноводу. Хотя высокую ча­стоту можно передавать и по коаксиальному кабелю, волновод все же лучше — по нему можно передавать большую мощность. Во-первых, передаваемая по кабелю мощность ограничена опас­ностью пробоя изоляции (твердой или газообразной) между проводниками. Напряженности полей в волноводе при данной мощности обычно не столь велики, как в кабеле, так что можно передавать большие мощности, не опасаясь пробоя. Во-вторых, потери мощности в коаксиальном кабеле обычно больше, чем в волноводе. В кабель приходится ставить изоляционный мате­риал, чтобы поддержать внутренний проводник, и в этом мате­риале возникают потери энергии, особенно при высоких часто­тах. Кроме того, плотности тока во внутреннем проводе весьма высоки, а поскольку потери пропорциональны квадрату плот­ности тока, то чем слабее ток в стенках волновода, тем меньше потери энергии. Чтобы свести эти потери к минимуму, внутрен­нюю поверхность волновода часто покрывают хорошо проводя­щим материалом, скажем серебром.

Проблема соединения «контуров» с волноводами резко отли­чается от аналогичной задачи при низких частотах. Ее часто называют микроволновым «сочленением». Для этой цели было придумано много приборов. Например, две секции волновода обычно связываются при помощи фланцев (фиг. 24.9), но такое соединение может повлечь за собой серьезные потери энергии, потому что через соединение потекут поверхностные токи, а их сопротивление довольно велико. Один из способов избежать по­терь — это сделать фланцы так, как показано на фиг. 24.10. Между соседними секциями волновода оставляют неболь­шой зазор, а на торце одного из фланцев делается желобок. Получается небольшая полость (ср. с фиг. 23.16,в), размеры ко­торой выбирают так, чтобы ее резонансная частота совпадала с частотой волн в волноводе. У такой резонансной полости «им­педанс» очень высок, поэтому через металлическое соединение (точка а на фиг. 24.10) идет сравнительно слабый ток. Сильные токи в волноводе попросту заряжают и разряжают «емкость» щели (в точке b), где энергия рассеивается слабо.

Теперь представьте, что вам нужно закрыть волновод так, чтобы не возникло никаких отраженных волн. Значит, надо в конце поставить что-нибудь такое, что сможет имитировать бесконечность волновода.

Фиг. 24.9. Секции волновода, соединенные фланцами.

Нужно такое «конечное» устройство, которое действовало бы на волновод так, как действует на пере­дающую линию ее характеристический импеданс — что-то, что только поглощает набегающие волны, но не отражает их. Тогда волновод будет действовать так, будто он бесконечный. Такие окончания получаются, если поставить внутрь трубы тщательно изготовленные клинья из проводящего материала. Они только поглощают энергию и почти не генерируют отраженных волн. Если вам нужно соединить между собой три элемента, ска­жем один источник и две антенны, то для этого годится устрой­ство в виде «Т», как показано на фиг. 24.11. Мощность, подво­димая центральной секцией этого «Т», расщепляется и расхо­дится по двум рукавам (здесь еще может произойти и отражение волн). Из схемы, представленной на фиг. 24.12, можно качест­венно увидеть, что поля на конце входной секции могут разой­тись и создать электрические поля, которые дадут начало вол­нам, разбегающимся по рукавам. Смотря по тому, перпендику­лярны ли электрические поля «верхушке» нашего «Т» или параллельны ей, поля в месте сочленения могут оказаться либо такими, как на фиг. 24.12,