Что такое волновод?

Что такое волновод?

Волновод — это трубка, которая пропускает электромагнитные волны в непосредственной близости от микроволн или миллиметровых волн.

В широком смысле этот термин может использоваться как для звуковых волн, так и для видимого света и, таким образом, включает оптические волокна и т. д. Однако обычно его используют как название трубки для пропускания электромагнитных волн с длинами волн в непосредственной близости от микроволн и миллиметровых волн. Это полая трубчатая структура с квадратным или круглым поперечным сечением.

Микроволны используются в микроволновых печах и т. д. и представляют собой электромагнитные волны, которые очень эффективны для нагревания объектов. Однако из-за их большой длины волны оптические волокна не могут быть использованы, и для передачи волн от источника микроволн к системе обработки должны использоваться специальные микроволновые волноводы.

Применение волноводов

Волноводы часто используются для мощных микроволновых генераторов, антенн радаров и передачи сигналов в диапазоне частот миллиметровых волн. Например, в случае микроволновых печей маломощный микроволновый генератор, такой как бытовая микроволновая печь, имеет магнетрон, установленный внутри корпуса, и может напрямую излучать микроволны.

Однако при высокой мощности сам магнетрон разрушается микроволнами, поэтому процесс облучения должен осуществляться в отдельном месте. Высокомощные микроволны могут подаваться путем подключения волновода к камере обработки, где происходит нагрев или другая обработка.

Волноводы также используются в радарах, где они служат щелевыми антеннами для устройств облучения радиоволнами. Также коаксиальные кабели могут использоваться для оценки радиочастотной и другой передачи связи, но во многих случаях волноводы используются для субтерагерцовых приложений в миллиметровом диапазоне волн.

Принцип волноводов

Принцип волновода основан на физическом свойстве, что электромагнитные волны целевой частоты распространяются внутри трубки, формируя моды распространения в соответствии с формой трубки. В полой структуре, часто используемой в волноводах, нет встроенного проводника, поэтому внутренние потери незначительны, и возможно распространение электромагнитных волн относительно высокой мощности.

Например, электромагнитные волны с частотой 2,45 ГГц, часто используемые в микроволновых печах, также являются микроволнами, а длина электромагнитных волн в этой микроволновой печи составляет 12,2 см. Для прохождения микроволн в микроволновой печи диаметр волновода должен быть примерно равен длине волны 12,2 см, и чем больше длина волны микроволн, тем больше должен быть диаметр волновода.

Таким образом, конструкция волновода основана на длине волны электромагнитной волны. Волноводы, как правило, имеют прямоугольное поперечное сечение, но существуют также круглые волноводы и волноводы в форме гребня, используемые для специальных целей.

Другая информация о волноводах

1. Сравнение с коаксиальным кабелем

Волноводы часто использовались в беспроводных системах связи, таких как радары и рупорные антенны в вышках управления воздушным движением, но в последнее время они все чаще используются для разработки приложений миллиметровых волн в беспроводных системах связи следующего поколения, таких как миллиметровые радары в автомобилях и 5G/после 5G. В прошлом коаксиальные кабели использовались в микроволновом диапазоне.

По сравнению с обычными коаксиальными кабелями в микроволновом диапазоне, в качестве преимуществ можно назвать следующие моменты:

• Передача возможна с низкими потерями, а сопротивление мощности превосходное.
• Металлическая структура, стабильная по форме, легко подгоняемая и менее отражающая.

Однако, помимо преимуществ, существуют и следующие недостатки:

• Узкая полоса пропускания частот.
• Тяжелый и дорогой.

Когда частота микроволновая, коаксиальные кабели используются чаще, отчасти из-за простоты обращения с кабелями, а отчасти из-за того, что полоса пропускания частот ниже, чем у миллиметровых волн. Однако в миллиметровом диапазоне волн, особенно в диапазоне высоких частот, включая D-диапазон от 110 ГГц, коаксиальные кабели, за исключением некоторых изделий, неадекватны с точки зрения характеристик, поэтому во многих случаях обычно используются волноводы.

2. Характеристики размера волновода

В случае волноводов необходимо выбрать размер волновода, совместимый с различными частотами применения. В частности, в случае миллиметровой волны может оказаться невозможным использовать волновод с другим стандартом фланца. Для вашего сведения, «WR-xxx» для размера волновода означает «квадратный волновод», а число xxx указывает внутреннюю ширину волновода в сотых долях дюйма.