1. Область отсечки – λВ >2а-распространяющихся типов волн не существует .
2. Одномодовый режим – в пределах этой области распространяется только волна типа Н10; а ≤ λ0 ≤ 2а
3.Область многоволновости – помимо (основной тип) по волноводу могут распространяться волны высших типов (их наличие не обязательно, но возможно – зависит от способа возбуждения и т.д.). Чем выше тип колебания, тем меньше его λКР отличается от предыдущей. Теоретически волновод работает в одно-волновом режиме в двукратной полосе частот – реально диапазон гораздо уже.
1. При приближении λ0 к а повышается вероятность возбуждения высших типов (при σ≠∞ волны есть и при λ0 ≥ λКР)
2. При λ0 ≈ 2а резко возрастают омические потери в стенках волновода и практически рекомендуемый диапазон :
1,05а ≤ λ0 ≤ 1.6а (3.11)
Реально волноводы используют в диапазоне 50см – 1мм (в диапазоне 6см – 1мм повсеместно). Весь этот диапазон перекрывают волноводы стандартных сечений, например:
Длина волны: Сечение волновода:
4мм 3,6*1,8
8мм 7,2*3,4
3см 23*10
10см 72*34 и т.д. (справочник по волноводной технике).
Причин, по которым волновод предпочтительнее использовать в одномодовом режиме несколько:
1. Поперечные габариты волновода оказываются минимальными.
2. Структура поля волны низшего типа (fКР - минимальная среди всех других) устойчива по отношению к введению внутрь волновода каких-либо неоднородностей (возникшие на неоднородности высшие типы – затухнут на расстоянии порядка λВ от неоднородности).
3. Необходимость обеспечения эффективной работы оконечных устройств.
4. Неравномерность АЧХ волновода в многомодовом режиме (за счет интерференции волн разных типов с различнымиVФ(f) - вплоть до исчезновения поля на определенных частотах) см. рис. справа.
1 - одномодовый режим
2 - многомодовый режим.
Определим мощность переносимую по прямоугольному волноводу волной Н10. Усредненную за период мощность определим как интеграл от Пz по поперечному сечению:
;
;
Тогда:
(3.12)
Уравнение (3.12) позволяет определить предельно допустимую мощность. Вместо Emax следует подставить Е – напряжённость электрического поля, характерную для пробоя среды. Для сухого атмосферного воздуха Emax.пр = 30 кВ/см. Выделим из (3.12) удельную мощность:
.
Если работать на центральной частоте диапазона , то получим:
.
Для того, чтобы учесть возможные отражения и т.д. вводят трехкратный запас прочности, т.е. РДОП ≈ 150 кВт/ см2. Сразу отметим, что это приближенная оценка, т.к.ЕМАХ - по постоянному току, кроме того, это справедливо в импульсном режиме (РЛС). Если сигнал непрерывный – мощность ограниченна из-за теплового пробоя. Для повышения прочности используют инертные газы, газ под давлением, откачивание газа.
Напоследок мы отметим, что в результате дисперсии будет наблюдаться расплывание импульса из-за разницы в групповых скоростях ( V гр ) для различных составляющих спектра.
Чем уже полоса сигнала, чем меньше расстояние и чем слабее зависимость затухания от частоты, тем меньше искажается комплексная огибающая. Затухание наряду с ослаблением приводит к изменению формы спектра, в частности смещение эффективной несущей в сторону тех частот, где затухание меньше. Сигнал, который при этом воспринимается, обусловлен частью спектра вблизи эффективной несущей.