Оснащение производства
Промышленный контроль
Лаборатория и Тестирование
Связь и Телекоммуникации
Безопасность и Спецтехника
Энергетика и Электротехника
Корзина 
Что такое волновод
Волновод — металлическая труба, по которой СВЧ-энергия распространяется как электромагнитная волна, отражаясь от стенок. Центрального проводника, как у коаксиального кабеля, нет, поэтому потери малы, а допустимая мощность высока. Цена за это — ограниченная полоса: волна проходит только выше критической частоты, которая задаётся размерами сечения. Отсюда главное правило выбора: типоразмер волновода определяет диапазон частот.
Чаще всего используют прямоугольный волновод. Кроме него есть круглый (для вращающихся узлов и поляризационных трактов), Н-образный двухгребневый (гребни расширяют полосу в несколько раз) и эллиптический гибкий волновод для фидеров радиорелейных станций.
Волновод или коаксиальный кабель
Кабель передаёт сигнал по центральной жиле, окружённой диэлектриком и оплёткой. На высоких частотах жила нагревается, диэлектрик поглощает энергию, и потери быстро растут. В волноводе нет ни жилы, ни диэлектрика: волна идёт по пустой трубе, отражаясь от стенок, — поэтому потери малы, а импульсная мощность может доходить до мегаватт.
| Коаксиальный кабель | Волновод | |
|---|---|---|
| Что внутри | жила, диэлектрик, оплётка | пусто (воздух или газ под давлением) |
| Полоса частот | от постоянного тока до предела разъёма | только выше частоты отсечки; одно сечение — одна полоса |
| Потери на СВЧ | растут с частотой | малые |
| Мощность | ограничена нагревом жилы и пробоем диэлектрика | до мегаватт в импульсе |
| Монтаж | гибкий, изгибается по месту | жёсткий: повороты — отдельными изгибами, скрутками, гибкими секциями |
| Герметизация | не нужна | тракт можно накачать сухим воздухом, азотом или элегазом |
Простое правило: до нескольких гигагерц и при небольшой мощности обычно берут кабель; на СВЧ и при большой мощности — волновод. Стык кабельной и волноводной частей делают через волноводно-коаксиальный переход (как его выбрать).
Типоразмеры WR
Типоразмер по американскому стандарту EIA обозначают WR и числом — шириной широкой стенки в сотых долях дюйма: WR90 — 0,90 дюйма, то есть 22,86 мм. Справочная таблица самых ходовых типоразмеров:
| Типоразмер | Сечение a × b, мм | Рабочая полоса, ГГц |
|---|---|---|
| WR284 | 72,14 × 34,04 | 2,60–3,95 |
| WR229 | 58,17 × 29,08 | 3,30–4,90 |
| WR187 | 47,55 × 22,15 | 3,95–5,85 |
| WR159 | 40,39 × 20,19 | 4,90–7,05 |
| WR137 | 34,85 × 15,80 | 5,85–8,20 |
| WR112 | 28,50 × 12,62 | 7,05–10,0 |
| WR90 | 22,86 × 10,16 | 8,20–12,4 |
| WR62 | 15,80 × 7,90 | 12,4–18,0 |
| WR42 | 10,67 × 4,32 | 18,0–26,5 |
| WR28 | 7,11 × 3,56 | 26,5–40,0 |
| WR15 | 3,76 × 1,88 | 50–75 |
| WR10 | 2,54 × 1,27 | 75–110 |
Полоса в таблице — рекомендуемая по стандарту. Точная рабочая полоса каждой модели КАДАММ указана в таблице исполнений на странице серии: по ней и подбирайте.
Почему сечение привязано к частоте. Волна проходит по волноводу, только если широкая стенка больше половины длины волны. Частота, при которой они сравниваются, называется частотой отсечки: fc = c / 2a. У WR-159 (a = 40,39 мм) она около 3,7 ГГц, а рабочую полосу берут с запасом — 4,9–7,05 ГГц. Чем выше частота, тем меньше сечение: WR-28 для 26,5–40 ГГц уже размером с карандаш.
Длина волны в волноводе больше, чем в свободном пространстве: λв = λ / √(1 − (λ / 2a)2). Она нужна при расчёте длины секций, фазовращателей и шлейфов; вблизи частоты отсечки длина волны резко растёт.
Из чего собирают волноводный тракт
| Элемент | Зачем | Серии КАДАММ |
|---|---|---|
| Прямые секции (жёсткий волновод) | основная трасса | KADAMM ВП, KADAMM ВП-Г |
| Гибкий волновод | соединение узлов со смещением, вибрация, неточная стыковка | KADAMM ВГ-С, KADAMM ВГ-Б |
| Эллиптический волновод | длинный фидер одним отрезком, без промежуточных фланцев | KADAMM ВЭ |
| Изгибы в плоскостях E и H | поворот трассы | KADAMM ВИ-П, KADAMM ВИ-У |
| Скрутки | поворот плоскости поляризации, согласование фланцев | KADAMM ВСК |
| Гермоввод (герметизирующее окно) | держит избыточное давление в тракте, пропускает СВЧ | KADAMM ГВ |
| Прокладки, кольца, заглушки, опоры | герметичность стыка, защита фланцев, крепление | KADAMM ПФВ-П, KADAMM ПФВ-К, KADAMM ПФВ-З |
| Н-образный волновод | широкая полоса одного тракта | KADAMM ВП-Н, KADAMM ВГ-Н |
Зачем волновод накачивают газом
Волноводный тракт часто держат под небольшим избыточным давлением. Причин две:
- Влага и пыль. Осушенный воздух или азот не даёт конденсату собраться внутри: влага увеличивает потери и портит стенки. Для наружных фидеров радиорелейных станций и радаров это обычное решение.
- Пробой при большой мощности. При импульсах в сотни киловатт и мегаватты поле в волноводе может пробить воздух — возникает искра, сигнал отражается обратно к передатчику. Элегаз (SF6) выдерживает поле примерно в 2,5–3 раза сильнее воздуха, а повышенное давление поднимает порог пробоя ещё выше. Поэтому мощные тракты (ускорители, клистронные и магнетронные установки, радары) заполняют элегазом под давлением.
Чтобы газ не уходил из тракта, его отделяют герметичным окном — перегородкой из радиопрозрачного материала (фторопласт, керамика, слюда), которая держит давление и почти не мешает волне. В каталоге это KADAMM ГВ. Окно ставят там, где заканчивается участок под давлением: на выходе к аппаратуре или перед антенной.
Пример из практики (обезличенно): рупор WR-159 на установке 5712 МГц с импульсной мощностью 2,2 МВт (импульс 3 мкс, 300 Гц, средняя мощность около 2 кВт), тракт под элегазом 0,2 МПа избыточного давления, установка на открытом воздухе. Здесь рупор работает под наддувом с герметичной крышкой на раскрыве, а перед ним стоит отдельное окно. Для таких режимов материал окна, допустимое давление и мощность подтверждают под конкретные условия — уточняйте у менеджера.
Рупорная антенна — по сути тот же волновод, плавно расширенный к раскрыву: она излучает волну из тракта в пространство и принимает обратно. Диапазон рупора задаёт сечение его волноводного входа, а усиление (10, 15, 20 дБи) — площадь раскрыва. Подробно — в статье «Рупорная антенна: как выбрать и рассчитать усиление».
Как выбрать
- Типоразмер — по рабочей частоте: она должна лежать внутри рабочей полосы, с запасом от критической частоты.
- Фланец — такой же, как у ответных узлов: тип фланца указан для каждой модели. Фланец с канавкой под уплотнительное кольцо нужен, если тракт держит давление.
- Материал — медь для малых потерь, алюминий для малого веса на низких частотах.
- Гибкий или жёсткий. Жёсткий даёт минимальные потери; гибкий компенсирует смещение и вибрацию. Скручиваемый гибкий волновод можно ещё и скрутить, бесшовный — только изогнуть, зато он герметичен и с меньшими потерями.
- Герметизация. В наружных трактах волновод наддувают осушенным воздухом: нужны герметизируемые секции (KADAMM ВП-Г), прокладки и гермоввод на выходе к аппаратуре.
Серии КАДАММ
Разделы: жёсткие прямоугольные волноводы, гибкие волноводы, эллиптические волноводы, изгибы, скрутки, прокладки и заглушки фланцев, гермовводы.