4. Применение волноводов

Волноводы используются в различных радиотехнических устройствах в качестве фидеров, колебательных систем, называемых объемными резонаторами, фильтров, линий связи и т. д.

Фидеры. На частотах свыше 1 ГГц для передачи электромагнитной энергии от радиопередатчика к антенне или от антенны к передатчику в качестве фидера повсеместно используются волноводы. Поскольку фидер должен иметь малые собственные потери, внутренние стенки волновода тщательно шлифуются и покрываются слоем серебра. Этим и отсутствием изоляторов внутри волновода достигаются потери, значительно меньшие, чем в коаксиальных фидерах.

Наибольшее значение КПД фидера достигается в режиме бегущих волн, поэтому волновод изготавливается с равномерным распределением параметров по длине и согласовывается как с нагрузкой, так и с внутренним сопротивлением источника энергии.

По волноводному фидеру можно передавать значительно большую энергию, чем по коаксиальному фидеру тех же размеров. Однако необходимо учитывать наличие в волноводах критической длины волны.

Объемные резонаторы. Колебательная система может быть построена на базе волноводов прямоугольной и круглой форм.

Если взять прямоугольный волновод, работающий на волне H_mn, и поставить в нем короткозамыкающие перемычки с двух сторон, получим объемный резонатор с типом колебаний Н_тпp, где индекс р указывает на число полуволн изменения интенсивности поля вдоль оси z на его длине l. На рис.10 изображена структура силовых линий полей для колебаний типа H₁₀₁ (читается Н один-ноль-один). Резонансная длина волны в прямоугольном резонаторе

λ_рез = 2/ .

Рис.10. Структура поля колебаний типа в цилиндрическом резонаторе.

Для перестройки волноводных резонаторов одна из коротко-замыкающих волновод пластин выполняется в виде подвижного поршня. Возбуждение резонаторов и отвод энергии от них осуществляется с помощью штыря, рамки или отверстия связи.

Отличительной особенностью объемных резонаторов является высокая добротность, а следовательно, высокая фильтрующая способность их, как колебательных систем, и высокая стабильность резонансных частот. Величина добротности, в зависимости от конструкции, диапазона частот, тщательности отработки внутренней поверхности резонатора, колеблется от нескольких тысяч до нескольких сотен тысяч. Для увеличения добротности внутреннюю поверхность резонатора, как правило, покрывают тонким слоем серебра.

Основным недостатком объемных резонаторов является наличие множества резонансных частот.

Контрольные вопросы

1. Что называется волноводом?

2. Каковы условия существования волн в волноводе?

3. Какая волна называется основной?

4. Что такое режим одноволновой (одномодовой) передачи?

5. Что такое критическая длина волны и от чего она зависит?