Мій сайт

2. Хвилі у направляючих системах. Типи направляючих систем та класифікація хвиль, що направляються.  Фазова  та  групова швидкості хвиль у направляючій системі, дисперсія. Одно- та багатомодові режими передачі, їх дисперсійні характеристики.

     НС — це пристрій, призначений для передачі ел.-маг. енергій в заданому напрямку. Такі якості мають провідник, діелектрик і будь-яка інша границя розподілу середовищ з різними діел якостями. Це може бути діел — метал, діел — повітря та ін. Тому роль НС може виконувати металічна лінія (кабель, хвильовод), діел лінія з матеріалу провідністю Е₀>1.

     Сучасні НС поділяються на: повітряні ЛЗ, симетричні кабелі, коаксіальні кабелі, зверхпровідні кабелі, хвильовод, світловод, оптичні кабелі, лінії поверхневої хвилі, діел хвильоводи, стрічкові кабелі, радіочастотні кабелі.

     Характер поширення ел.-маг. хвилі в НС, структура поля і частотні характеристики систем залежать перш за все від класу хвилі, яка використовується для каналізації енергій. Існують наступні класи хвиль:

Т — поперечно ел.-маг.,

Е — електрична або поперечно-магн. ТМ-хвиля,

Н — магнітна або поперечно-електр. ТЕ-хвиля,

ЕН, НЕ —гібридні змішані хвилі.

     Фазовою швидкістю наз. швидкість переміщення вздовж ліній фронту визначеної хвилі.

Для хвиль типу Т приймається σ = 0 (середовище не має провідності), тоді маємо:

, де С — швидкість світла у вакуумі.

Для вакууму μ_r=E_r=1 i  і не залежить від частоти.

 

-E ω0/ δ2- ω02

Для хвиль Е та Н .

Звідси бачимо, що  хвиль типів Е та Н завжди більша або приблизно дорівнює швидкості світла. Вона залежить від частоти і вказує на наявність дисперсії в цих передаючих лініях. Групова швидкість визначає швидкість поширення максимума огинаючої групи суміжних по частоті складових складного коливання. Вона характеризує таким чином швидкість, з якою поширюється вся група хвиль.

Для хвиль типу Т при провідності σ = 0 .

Бачимо, що υ_гр=υ_ф. Якщо Е_r=μ_r=1, то добуток υ_гр і υ_ф дорівнює квадрату швидкості світла.

Для хвиль типів Е і Н групова швидкість .

при μ_r=Е_r=1 маємо .

Із формули бачимо, що υ_гр завжди менша швидкості світла.

     Дисперсія τ — це розсіяння у часі спектральних або модових складових оптичного сигналу, яке призводить до уширення імпульса на прийомі. Величина уширення визначається як квадратична різниця тривалості імпульсів на виході і вході кабеля за формулою

     Типи хвиль, які поширюються по світловоду, наз. модами. Перевагою одномодових систем є досить широкий діапазон частот і велика пропускна спроможність, але одномодові системи через малий діаметр сердечника менш надійні і мають великі втрати на вводі в світловод, тому використовуються в основному на міжміських ВОЛЗ.