Микроволны — область частот электромагнитных волн; антенна связывает линию передачи с пространством, а волновод направляет энергию по заданному пути. Иными словами, микроволна — волна, антенна — излучающее и приёмное устройство, волновод — направляющая структура.
Частота и длина микроволны
Границы термина зависят от источника; встречается широкий диапазон 300 МГц–300 ГГц. Ему соответствуют свободные длины волн примерно 1 м–1 мм. Не приписывайте всем областям одну нижнюю границу без определения.
Из λ = c/f следуют примерно 12,2 см для 2,45 ГГц и 3,00 см для 10 ГГц. При той же частоте фазовое изменение в материале или направляющей структуре может отличаться от свободного пространства.
Что делает антенна
Передающая антенна излучает подведённую RF-энергию, а приёмная связывает часть падающего поля с приёмной цепью. Усиление, диаграмма, поляризация и согласование определяются конструкцией и частотой.
Название микроволны не устанавливает высокую скорость данных или определённую дальность. Нужны также полоса сигнала, модуляция, шум и структура сети.
Роль волновода
Полый металлический волновод направляет поле в модах, соответствующих граничным условиям стенок. Закрытая прямая секция обычно не является частью, предназначенной активно излучать наружу. Апертура, рупор или спроектированные щели позволяют образовать антенную структуру.
В однородном прямоугольном полом волноводе при a > b основная мода — TE10. Для воздуха fc = c/(2a). У WR-90 a = 22,86 мм, отсечка около 6,56 ГГц, а обычная рабочая полоса 8,2–12,4 ГГц.
Почему применяют волноводы
В некоторых микроволновых системах подходящий волновод удобен по потерям, мощности или механическому интерфейсу. Но нет правила, что выше 2 ГГц он всегда лучше коаксиала или что каждый волновод теряет менее 0,1 dB/m.
Высокочастотные коаксиальные кабели и разъёмы также работают на высоких частотах. Сравнивайте гибкость кабеля, размеры волновода, переходы и полную длину в одинаковых условиях.
Пример тракта до антенны
| Часть | Функция |
|---|---|
| Приёмопередающие цепи | Формирование, обработка и усиление. |
| Коаксиал или волновод | Перенос RF-энергии между узлами. |
| Переход и фильтр | Согласование интерфейсов и выбор частот. |
| Рупор, отражатель или решётка | Излучение и формирование приёмного отклика. |
Фактический порядок и состав различаются. Добавление волновода не формирует автоматически нужную направленность и поляризацию.
Микроволновая печь и связь
Печь — устройство, а не другое название самой волны. Она связывает энергию генератора с рабочей камерой, где материалы поглощают её и нагреваются. Система связи управляет несущим информацию сигналом и пространственным распределением.
Частотные области могут пересекаться, но назначение, мощность и конструкция различны. Например, многие бытовые печи используют около 2,45 ГГц; это не рабочая частота любого радиолокатора или спутникового терминала.
Доля преобразования электричества в тепло зависит от питания, генератора, нагрузки и связи. Не используйте единые 70% для всех печей как показатель эффективности антенны.
Проверки при выборе
Укажите частоту и моды, мощность, потери, согласование, поляризацию и механические интерфейсы. VNA полезен для портовых характеристик; диаграмма и усиление проверяются отдельными антенными измерениями.
Классификацию поясняют наименования частот ITU, а уравнения — Microwaves101. Волноводные компоненты Dolph Microwave также сравнивают по условиям всего тракта.
