Для металлического RF-волновода материал выбирают по проводимости, массе, поверхности, среде и технологии соединения. Медь и алюминий распространены, но само название металла не гарантирует затухание или допустимую мощность. Прямоугольная, круглая, гребневая и переходная структуры решают разные задачи.
Медь или алюминий
Медь позволяет использовать высокую проводимость, но нужно учитывать массу, обработку и соединение. Алюминий может быть выгоден по массе; важны конкретный сплав, покрытие и контактные участки.
Бескислородная медь и 6061-T6 не обязательны для каждого изделия. При одинаковом сечении результат зависит от поверхности, длины, фланцев и сборки. Потери менее 0,01 дБ/м при 10 ГГц не являются общим свойством любого медного волновода.
Скин-слой и покрытие
В приближении хорошего проводника δ = √[2/(ωμσ)]. Для меди при σ ≈ 5,8 × 107 См/м и μ ≈ μ0 на 10 ГГц получается около 0,66 мкм. Это иллюстрирует роль поверхностного слоя, но не задаёт общую толщину стенки.
Покрытие может обеспечивать проводимость, защиту или контакт. Толщина, подслой, непрерывность, адгезия и шероховатость действуют вместе. Золото толщиной 3–5 мкм не даёт универсальной гарантии сопротивления контакта менее 0,1 Ω.
Прямоугольное и круглое сечение
Для обычного воздушного прямоугольного волновода доминирует TE10, а отсечка равна c/(2a). Стандартные сечения удобны для соединения компонентов, однако полосу и другие моды всё равно проверяют.
В круглом металлическом волноводе основной модой обычно является TE11. Круглая форма не означает автоматически круговую поляризацию или меньшие потери. Диэлектрическое заполнение не расширяет полосу всегда ровно на 30%.
Гребневая структура
Один или несколько внутренних выступов меняют поле и частоты отсечки. Двойные гребни могут применяться в широкополосных устройствах, но нужны расчёт зазора, местного поля, потерь и технологии.
Простую формулу по a и b для пустого прямоугольника нельзя без изменения переносить на такую геометрию. Ошибка малого зазора может быть существенной для характеристик.
Плавные переходы и гофры
Изменение сечения вдоль оси используют для соединения размеров, согласования или преобразования мод. Длина и профиль определяют отражение и нежелательные составляющие. Более длинный переход не всегда лучше по сумме потерь, места и стоимости.
Гофры меняют граничные условия и модовый состав. В некоторых питающих рупорах они помогают форме диаграммы и кросс-поляризации, но не уменьшают затухание всех волноводов на 40%.
Диэлектрические элементы и другой тип волн
Окно или крышку выбирают по материалу, толщине, потерям, отражению и герметичности. Диэлектрическая вставка не является простой заменой металлической стенки.
Ультразвуковой волновод переносит механические колебания, а не RF-поле. Для него нужны другие свойства и расчёты. Запрос «волновод из меди» без указания типа волн недостаточен для выбора конструкции.
Что указать в документации
- Рабочую полосу, моды, сечение и длину.
- Переходы, изгибы и стыковочные плоскости.
- Материал, поверхность, покрытие и соединения.
- Мощность, температуру, давление и монтаж.
- Допуски, отражение, потери и методы проверки.
Общий допуск ±0,025 мм для всех размеров не заменяет анализ чувствительности. Основы см. в Waveguide Mathematics, а компоненты Dolph Microwave сравнивайте по заданным диапазонам и интерфейсам.
