Волновод и коаксиальный кабель передают электромагнитную энергию. Их сравнивают по режимам, полосе, полным потерям, мощности и монтажу. Нельзя установить универсальную границу «выше 5 ГГц только волновод»: существуют коаксиальные компоненты и для миллиметрового диапазона.
Структура и поле
Коаксиальная линия имеет внутренний и внешний проводники с диэлектриком между ними. Энергия переносится полем между проводниками. Полый металлический волновод ограничивает поле стенками, а его сечение и граничные условия определяют режимы.
Слово «коаксиальный волновод» может использоваться как обозначение направляющей структуры с двумя проводниками. Это не делает её тождественной прямоугольной полой трубе.
TEM, TE и TM
У идеальной однородной коаксиальной линии основной TEM-режим имеет поперечные электрическое и магнитное поля и не обладает ненулевой нижней частотой отсечки. Прохождение DC в готовом изделии всё же зависит от разъёмов, блокировок и других компонентов.
Однопроводный полый волновод с однородным заполнением не поддерживает обычный TEM. В прямоугольном сечении a > b основным обычно является TE10. TE и TM имеют свои условия существования и частоты отсечки.
Полоса и пример WR-90
Внутренние размеры WR-90 — 22,86 × 10,16 мм; отсечка TE10 около 6,56 ГГц, типичная рабочая полоса 8,2–12,4 ГГц. Высшие моды, переходы и элементы соединения ограничивают практическую полосу.
У коаксиала верхняя рабочая частота также зависит от размеров, диэлектрика, разъёмов, потерь и возбуждения высших мод. Значение нельзя вывести только из слова «коаксиальный».
Потери и материал проводника
В коаксиале важны проводниковые и диэлектрические потери, в полом волноводе — в том числе потери в стенках. Сравнивайте одинаковые частоту, длину, температуру и все соединения. Универсальные 0,1 и 0,5 дБ/м для двух семейств непригодны.
Бескислородная медь сама по себе не гарантирует лучшую передачу цифрового сигнала. Проводимость, поверхность, геометрия, диэлектрик и экранирование влияют на характеристики; нужны данные конкретной линии. На RF скин-эффект делает состояние поверхностного слоя важным.
Включите переходы, изгибы и соединители в суммарный бюджет. Потери 1 и 3 дБ соответствуют переданной мощности примерно 79% и 50% при подходящих условиях сравнения; это пересчёт, а не типовые характеристики двух кабелей.
Импеданс и мощность
50 и 75 Ом распространены в разных коаксиальных системах. Совместимый механически переходник не устраняет автоматически электрическую разницу. Волновое сопротивление TE-режима зависит от частоты и не равнозначно фиксированному резистору 50 Ом.
Проверяйте среднюю и пиковую мощность, импульсы, охлаждение, давление и отражение от нагрузки. Нельзя приписать любому волноводу киловатты, а любому крупному коаксиалу только 300 Вт.
Монтаж и надёжность
Кабель требует соблюдения радиуса изгиба, тяговой нагрузки и условий разъёма. Полужёсткий коаксиал не рассчитан на любое число перегибов. Волноводный маршрут может включать жёсткие, гибкие и поворотные детали с собственными ограничениями.
Для фланцев важны совпадение апертур, плоскости, соединение и уплотнение. Один WR-размер не подтверждает полную совместимость двух фланцев.
Как выбрать
| Требование | Что сравнить |
|---|---|
| Широкая полоса | Гарантированные диапазоны всей цепи. |
| Малые потери | Длину, изгибы и переходы вместе. |
| Большая мощность | Среднее, пик и условия среды. |
| Движение | Гибкость, фазовую стабильность и срок службы. |
| Приёмка | Размеры и RF-испытание в заданных плоскостях. |
Теория приведена в Waveguide Mathematics. При смешанном тракте включайте волноводно-коаксиальные переходы в электрический и механический расчёт.
