Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
№8 Дәріс. Коаксиальды толқынжол
Коаксиалды толқынжол – бұл диэлектрик арқылы бөлінген екі осьтес (осьтері бірдей) металл цилиндр (8.1.сурет).
8.1сурет – Коаксиалды толқынжол
Жалпы Т-типті толқын үшін . Бұл толқын бағытталған жүйе бойымен шағылмай таралғанда ғана мүмкін болады, яғни кез келген құраушылар үшін шешімі мына түрге ие болады:
.
Фаза коэффициенті және бойлық толқындық сан мынаған сәйкес келеді:
.
Т-типті толқын үшін (негізінен толқынның төменгі типі):
,
яғни толқынжол кез келген жиілікте тұрақты тоққа дейінгі тербелістерді өткізуі тиіс. Бұл үшін Т-типті толқыны бар толқынжолда ең аз дегенде диэлектрик қабатымен бөлінген екі өткізгіш болуы керек.
Толқындық фронттың қозғалу жылдамдығы:
.
Т-типті толқындарда дисперсия болмайды.
Егер болса, онда заряды жоқ біртекті материалдық ортада Максвеллдің үшінші теңдеуі әрқашан орындалады. Мпұндағы - скалярлық электр потенциалы деп аталатын көмекші функция. Е векторының заряды «+»- тан басталып «-»-қа аяқталатындықтан (электротехникада осылай қабылданған) «-» таңбасы таңдап алынған.
Орына қойсақ: .
Коаксиальды желі (бұдан былай КЖ) үшін ЦСК пайдаланған ыңғайлы. Толқынжолдың толық симметриялылығынан Лапластың екі өлшемді теңдеуі мына түрге ие болады:
или .
Шекаралық шарттарды ескере отырып -ны табамыз: сытрқы өткізгіштің потенциалы нольге тең (жерленген), ал ішкі потенциал U-ға тең.
Сонда:
.
Е векторының амплитудасын былай анықтаймыз:
, (8.1)
Яғни Е өрісінің құраушылары тек қана r-ші құраушыларға ие және кешенді амплитуда үшін (шығынсыз диэлектрик):
.
Н-ты анықтау үшін Максвеллдің екінші теңдеуін қолданамыз:
,
,
Яғни Н тек қана азимутальды құраушыларға ие.
Металлдағы тоқтар тек қана z құраушыларына ие және сыртқы және ішкі түтіктегі бағыттары әртүрлі болады. Сонда олардың амплитудалары мынаған тең:
.
Басқа толқынжолдармен салыстырғанда коаксиальды желіге толқындық кедергіні енгізу ыңғайлы:
.
Толқындық кедергінің ZВ энергия шығындарымен байланысы жоқ – бұл тек қана Е мен Н арасындағы пропорционалдық коэффициенті.
Е мен Н-ты біле отырып толқынжолдың осі арқылы өтетін қуатты анықтаймыз:
.
Коаксиальды толқынжолдың өріс құрылымы 8.2. суретте көрсетілген.
8.2 сурет – коаксиалды толқынжолдағы Т-типті толқынның өріс құрылымы
Коаксиальды толқынжолдағы жоғары типті толқындарды дөңгелек толқынжолды есептеген кезде пайдаланған есептеулерді пайдаланып есептейміз.
Анализ көрсеткендей, коаксиалды желінің жоғары типі болып кез келген ішкі b радиуста толқын құрылымы бойынша дөңгелек толқынжолдағы типті толқынға ұқсайтын толқын табылады (8.3 сурет).
8.3 сурет.Коаксиалды толқынжолдың типті толқынының өріс құрылымы.
Осыған сәйкес a<<b шарты кезінде дөңгелек толқынжолдыңкі сияқты анықталады:
.
Егер сыртқы радиус ішкі радиусқа b ұмтылса(), онда оның құрылымы тікбұрышты толқынжолдағы типті толқынның құрылымына ұқсас болады. мына өрнекпен анықталады:
.
8.4 сурет – Коаксиалды толқынжолдың типті толқынның өріс құрылымы
Бірмодалы жұмыстың диапазаны (бұл жерде - ортаны толтыратын коаксиальды толқынжол):
.
Коаксиальды толқынжолды пайдаланудың бірнеше ерекшеліктері бар.
(8.1) формуладан электр өрісінің максималды кернеулігі орталық өткізгіштің бетінде орыналасады және былай анықталады:
,
Яғни берілген қуатта a және b арасында оптималды қатынас бар, бұл жерде Em - минималды (мүмкін болатын максималды таралу қуаты).
b = const екенін жобалап, а бойынша дифференциалдап және нольге теңестіріп (экстремумды табу) анықтаймыз: ln b/a=0.5, бұл қатынасқа сәкес:
Ом, ал оған сәйкес келетін қуат шамасы: кВт, (а - метрмен), сонымен қатар .
Біртолқындылық шартынан орталық өткізгіштің максималды радиусы және
кВт,
- метрмен.
Тікбұрышты толқынжол үшін кВт.
a және b арасындағы оптималды қатынас өткізгіш арасындағы минималды потенциал айырмасы осыған ұқсас анықталады:
ln b/a =1, бұған сәйкес:
Ом.
Халықаралық электрлік комиссия үлкен қуатты тарату үшін Ом кедергін таңдауға кеңес береді.
Әдетте майысқақ коаксиалды желілерді пайдаланады – олардың кабельдерің ішіне тығыз өрілген өткізгіш орналастырады.
Материал –беріктілік үшін көбінесе мыс немесе латунь болады (мыспен қапталған болат).
Сыртқы өткізгіш – не труба (қатты), не сым немесе таспа түріндегі жабын (майысқақ).
Оқшауланған бөлік аса жоғары жиілікте фторопласт-4, полиэтилен және т.б. сияқты элементтермен толтырылады. Олар тығыздалмаған, жай ғана шайба түрінде болуы мүмкін.
Диэлектрикпен толтыру –тің лезде азаюына әкеп соғады:
а) жылулық тесілудің кесірінен;
б)диэлектрик пен өткізгіш арасында ауа болады (әрқашан), ол жерде Е шамасы диэлектрикке қарағанда есе көп болады және
.
Ереже бойынша, коаксиальный толқынжол аздаған (жүздеген Вт-қа дейін) қуатты f=0 ден 10 ГГц-қа дейінгі диапазонда тарату үшін қолданылады. Толқындық кедергінің әртүрлі конструкциялар үшін стандартты нұсқалары 50, 75, 100, 150, 200 Ом.