При сравнении коаксиального кабеля и полого металлического волновода полезно проверить пять величин: импеданс, отсечку, потери полного маршрута, мощность и стоимость установленного тракта. Ни частота выше 5 ГГц, ни слово «волновод» сами по себе не определяют лучший вариант. Ниже приведены расчётные ориентиры для чтения спецификаций.
1. Волновое сопротивление: разные определения
У однородного идеального коаксиала с немагнитным диэлектриком Z0 ≈ 60 ln(b/a)/√εr. Здесь a — радиус внутреннего проводника, b — внутренний радиус внешнего проводника; логарифм натуральный.
Для воздушного заполнения εr ≈ 1 номиналу 50 Ом соответствует b/a ≈ 2,30, а 75 Ом — около 3,49. Это модель геометрии линии, не измерение сопротивления обычным омметром.
TE-волновое сопротивление поля в воздушном прямоугольном волноводе равно η0/√[1−(fc/f)²]. Оно зависит от частоты и не тождественно клемменной величине 50 Ом. Сравнивайте согласование через корректно определённые модальные порты.
2. Полоса: TEM и отсечка
У основного TEM идеальной однородной коаксиальной линии нет ненулевой нижней геометрической отсечки. Верхнюю рабочую частоту готового изделия ограничивают размеры, высшие моды, диэлектрик, разъёмы и потери.
У обычного однопроводного полого металлического волновода нет такого TEM. Для TE10 воздушного прямоугольного сечения fc = c/(2a), где a уже обозначает широкую внутреннюю сторону, а не радиус из коаксиальной формулы.
Для WR-90 с a = 22,86 мм получаем около 6,56 ГГц. Его обычный диапазон 8,2–12,4 ГГц отличается от одной частоты отсечки. На 10 ГГц TE-сопротивление поля около 499 Ом. Маркировка диапазона должна относиться ко всей сборке.
3. Суммарная потеря и длина
В упрощённом согласованном бюджете Lитог = αl + ΣLсоединений, где α задаётся в dB/m, l — в метрах. Сравнивайте один диапазон, температуру и одинаковые опорные плоскости.
Иллюстрация: вариант A имеет 0,20 dB/m и 0,20 dB фиксированных потерь, вариант B — 0,05 dB/m и 0,80 dB. Равенство возникает при l = (0,80−0,20)/(0,20−0,05) = 4 м. Это условные значения, не паспорт кабеля и волновода.
Более выгодная потеря на метр не всегда выигрывает на коротком участке после добавления переходов. При значительных отражениях простая сумма не описывает частотную рябь: нужны комплексные данные каскада или измерение.
4. Переданная мощность и ограничения
Для согласованной передачи отношение мощности после потери L равно 10−L/10. При 1 dB остаётся около 79,4%, при 3 dB — около 50,1%.
Не вся недошедшая мощность обязательно превращается в тепло в одной детали: отражение и утечки нужно учитывать отдельно. Предел по нагреву отличается от предела по локальному полю и пробою.
Запрашивайте среднюю и пиковую мощность, импульсный режим, температуру, давление и отражение нагрузки. Нельзя присвоить любому коаксиалу максимум 300 Вт, а любой полой трубе гарантировать киловатты.
5. Монтаж и стоимость полного маршрута
Сопоставьте кабель или секции, разъёмы, фланцы, колена, переходы, опоры и испытания. Для подвижного соединения учитывайте ресурс и стабильность фазы.
Все коаксиалы не имеют радиуса изгиба десять диаметров. Все волноводы не требуют 5–15 PSI, азота или SF6: газ и давление допустимы только для предусмотренного оборудования. Сроки службы и период осмотра зависят от среды и конструкции.
Как читать итоговое сравнение
| Вопрос | Нужные данные |
|---|---|
| Совместимость | Порты, моды, импеданс и диапазон. |
| Передача | Длина, частота и все переходы. |
| Мощность | Среднее, пик и среда. |
| Установка | Геометрия, нагрузка и обслуживание. |
Основы расчёта приведены в описании коаксиала и уравнениях волноводов. Используйте реальные характеристики выбранных компонентов вместо универсальной таблицы цен за фут.
