5.8 Световоды
В световом диапазоне волн в качестве
волноведущих устройств используются
так называемые световоды, которые
являются основой волоконно-оптических
линий связи (ВОЛС). Световоды являются
конструктивной модификацией диэлектрических
волноводов. Волоконный световод состоит
из диэлектрического сердечника и
оболочки с диаметрами
и
и коэффициентами преломления
и
.
При передачи волн по световодам
используется явление полного внутреннего
отражения на границе раздела диэлектриков
с разными коэффициентами преломления
(сердечник и оболочка). В качестве
диэлектриков, из которых выполняются
составные части линий, используются
различные типы стекла, легированные
германием, фосфором или бором. По
световоду распространяются гибридные
типы волн. Возможны несколько режимов
работы линий.
Одномодовые режимы существуют в линии
с
=
3-5 мкм,
=
50 мкм при
мкм. На рисунке 5.10 показаны сечения
световода и пути распространения волн.
Рисунок 5.10 – Простейший световод. Распространение волны внутри линии
Основным недостатком одномодовых световодов являются их малые поперечные размеры и заметная дисперсия электрических характеристик линии передачи. Одномодовые световоды используются для передачи большого объема информации на большие расстояния (несколько сотен километров).
Для передачи информации на расстояния
в несколько десятков километров берутся
многомодовые световоды с
=
50 мкм и
=120
мкм. Из-за значительных размеров
(по сравнению с длиной волны) в световоде
могут распространяться множество типов
колебаний. Каждый из модов (типов
колебаний) распространяется под
определенным углом к границе раздела
сердечник-оболочка.
Для сохранения достаточно больших
диаметров сердечника и для уменьшения
явления дисперсии используются так
называемые градиентные волноводы с
=
50 мкм,
=
80 мкм. В таком световоде применяется
сердечник, коэффициент преломления
которого неоднородный и уменьшается
по определенному закону от оси волновода
к границе сердечник-оболочка. Наиболее
часто на практике используются градиентные
волокна с параболическим законом
изменения коэффициента преломления.
5.9 Объемные резонаторы
В диапазоне СВЧ в качестве колебательных
систем используются объемные резонаторы.
Простейшим типом объемного резонатора
является замкнутая металлическая
полость. Чаще всего резонаторы – это
отрезки коаксиальных или волноводных
линий передачи, закороченных с двух
сторон. Основными электрическими
характеристиками являются резонансная
частота
и добротность Q. Для
коаксиального резонатора с воздушным
заполнением резонансная частота
определяется из условия, что вдоль
резонатора укладывается целое число
полуволн:
Если для получения резонатора используется отрезок прямоугольного волновода с волной H10, то резонансная длина волны определяется формулой:
где а – размер широкой стенки волновода; l – длина резонатора.
Аналогично может быть определена резонансная длина (частота) резонатора, построенного на базе круглого волновода.
Реальные резонаторы имеют определенную амплитудно-частотную характеристику, из которой определяется так называемая добротность:
(5.29)
где
– полоса пропускания характеристики
по уровню 0.707 по полю, или 0.5 по мощности.
Добротность, определенная формулой (5.29), называется собственной добротностью. Подключение объемного резонатора к внешним устройствам через элементы связи приводят к снижению реальной добротности, которая называется нагруженной добротностью.
В качестве элементов связи с резонатором используются штыри и петли, которые вводятся в резонатор через малые отверстия в пучности напряженностей электрического или магнитного поля.