Частота среза волновода

Волноводы имеют минимальную или граничную частоту, ниже которой они не могут работать.

В зависимости от того, как работают волноводы, все волноводы имеют граничную частоту. Ниже этой предельной частоты волновод не может поддерживать передачу мощности по своей длине. При выборе волновода важно помнить об этой частоте, особенно если возможны какие-либо изменения в системе. Учитывая критический характер частоты среза, она является одной из основных характеристик, связанных с любым волноводным продуктом.

Фон частоты среза волновода

Волноводы будут нести или распространять сигналы только выше определенной частоты, известной как частота среза. Ниже частоты среза волновода он не может передавать сигналы. Чтобы передавать сигналы, волновод должен иметь возможность распространять сигналы, и это зависит от длины волны сигнала. Если длина волны слишком велика, то волновод не будет работать в режиме, при котором он может передавать сигнал. Как можно себе представить, частота среза зависит от его размеров. Ввиду механических ограничений это означает, что волноводы используются только для микроволновых частот. Хотя теоретически возможно построить волноводы для более низких частот, их размер не позволит их содержать в пределах нормальных размеров, а их стоимость будет непомерно высокой. В качестве очень грубого ориентира для размеров, необходимых для волновода, ширина волновода должна быть того же порядка, что и длина волны передаваемого сигнала. В результате для волноводов используется ряд стандартных размеров, как подробно описано на другой странице этого руководства. Также могут быть специально разработаны другие формы волновода для работы в заданной полосе частот.

Детали частоты среза волновода

Хотя точная механика частоты среза волновода зависит от того, является ли он прямоугольным, круглым и т. д., хорошую визуализацию можно получить на примере прямоугольного волновода. Это также наиболее широко используемая форма. Сигналы могут распространяться по волноводу, используя несколько режимов. Однако доминирующей модой является та, которая имеет самую низкую частоту среза. Для прямоугольного волновода это мода ТЕ10. TE означает поперечное электрическое и указывает, что электрическое поле поперечно направлению распространения.

На диаграмме показано электрическое поле в поперечном сечении волновода. Самая низкая частота, которую может распространять мода, равна частоте, при которой волна может «вписаться» в волновод. Как видно из диаграммы, несколько режимов могут быть активны, и это может вызвать серьезные проблемы и проблемы. Все моды распространяются немного по-разному, и поэтому, если несколько мод активны, возникают проблемы с сигналом. Поэтому лучше всего выбирать размеры волновода так, чтобы для данного входного сигнала по волноводу могла передаваться только энергия доминирующей моды. Например: для данной частоты ширина прямоугольной направляющей может быть слишком большой: это приведет к распространению моды TE20. В результате для прямоугольных волноводов с малым удлинением мода ТЕ20 является следующей модой более высокого порядка и гармонически связана с частотой среза моды ТЕ10. Это соотношение и характеристик затухания и распространения, определяющих нормальный рабочий диапазон частот прямоугольного волновода.

Формула частоты среза прямоугольного волновода

Хотя волноводы могут поддерживать множество режимов передачи, практически исключительно используется режим TE10. Если сделать это предположение, то расчет нижней точки отсечки становится очень простым. Частоту среза для прямоугольного волновода можно рассчитать по формуле, приведенной ниже:

Стоит отметить, что частота среза не зависит от других размеров волновода. Это связано с тем, что главный размер определяет самую низкую частоту, на которой волновод может распространять сигнал.

Формула частоты среза круглого волновода

Для расчета частоты среза круглого волновода требуется другая формула.

Хотя можно предоставить более общие формулы частоты среза волновода, они просты, удобны в использовании и подходят для большинства необходимых расчетов. Частота среза для волновода является одним из наиболее важных параметров. Он устанавливает общий предел самой низкой частоты, которую может использовать любая частота.