Если в (13.4) - (13.6) размеры линий D, d, а, Ь, г выражены в м, - в кВ/м, то Рпр получают в кВт.

При рассогласовании нагрузки пробивная мощность снижается за счет перенапряжений в максимумах стоячей волны и равна Pn/Ktu-(13.4) -

Епр-Ю-НВ/м

В выражениях (13.6) не учтены возможные неоднородности, приводящие к локальному увеличению напряженности электрического поля и, таким образом, облегчающие возникновение пробоя. Обычно поэтому допустимую мощность для линии передачи вычисляют с необходимым запасом

РдопРпрДЗ--Б). (13.7)

На частотах ниже ЮГГц пробивная напряженность воздуха £пр незначительно зависит от частоты, на более высоких частотах она резко возрастает (рнс.

13.1, а). Это дает основание при оценках Р„р для /< < 10 ГГц считать £ рСЗ-10з кВ/м.

При увеличении температуры р уменьшается согласно зависимости Е„р 7-3/4 g при увеличении давления растет: £пр ~ Р^ (пунктир на рис. 13.1, б). Следует отметить, что при малом давлении начиная с некоторого значения р = р^р, где fnp = fnpmin, пробивная напряженность возрастает при у.меньшении давления (сплошная линия на рис. 13.1, б). Значения зависят от частоты и практически во всем СВЧ-диапазоне линейно растут с повышением частоты

Рис. 13.1. Зависимости пробивной напряженности в воздухе от частоты (в) и от давления (б)

Р,р: 1,57-10-7,

(13.8)

где / - частота в Гц, в Па. Минимальные значения пробивной напряженности fnpmin тем меньше, чем меньше рабочая частота, и на частотах 1-10 ГГц составляют, кВ/м,

£прш>п^(10--100). 03.0)

Зависимости Е„р от давления в области малых давлений необходимо учитывать при проектировании ФТ передатчиков, предназначенных для работы на больших высотах, в условиях космического пространства и т. д.

Теоретические и экспериментальные исследования электрической прочности регулярных линий передачи и отдельных устройств, входящих в ФТ передатчиков (направленных ответвителей, диэлектрических фазовращателей, механических переключателей, переходных устройств, нагрузок, вентилей и т. д.), показали, что во всех случаях зависимость пробивной мощности от давления воздуха в тракте качественно одна и та же

Рпр'-Лр (13.10)

где А - коэффициент, который определяется конструктивными и электродинамическими особенностями устройства.

Пробивная мощность регулярной фидерной линии Р„р всегда больше пробивной мощности устройств ФТ Рпр.устр. выполненных на основе этой линии. Для сравнения устройств по электрической прочности удобно использовать относительную пробивную мощность

Рпр =/пр. устр *пр- (13.11)

Для большинства устройств и элементов ФТ Рпр < < 0,25 0,4. Допустимые мощности ФТ можно повысить оптимизацией конструкций входящих в тракт устройств и принятием специальных мер по увеличению электрической прочности тракта в целом (повышение давления, использование специального диэлектрического заполнения).

Ввиду большого разнообразия типов и конструктивных модификаций устройств ФТ вопрос оптимизации конструкции для каждого типа устройств решается индивидуально. Однако существуют некоторые общие рекомендации, которым нужно следовать при проектировании устройств ФТ передатчиков в целях повышения их пробивной мощности. Так, все острые кромки и углы в конструкциях должны быть скруглены. Ширина неизлучающих * щелей в стенках волноводов, во внешних проводниках коаксиальных линий или в заземленных пластинах полосковой и микропо-лосковой линий должна быть сведена к минимуму. В устройствах ФТ, содержащих диэлектрики и ферриты (ферри-

* Неизлучающей ивляется щель, вырезанная в линии параллельно СВЧ-току.

товые вентили, ферритовые или диэлектрические фазовращатели, диэлектрические опоры в коаксиальных линиях, аттенюаторы, поглощающие нагрузки) должно быть обеспечено хорошее качество контакта диэлектрических и ферритовых вкладышей с металлической поверхностью, под-держание определенного теплового режима, отсутствие трещин и т. д. Недопустимы влажность, запыленность поверхности, зазоры между поверхностью и вкладышами. Не должно быть механических нагрузок на вкладыш, так как они могут вызвать увеличение внутренних пор или растрескивание его, тем самым облегчая развитие пробоя. Особенно это важно при использовании кристаллических материалов (например, ферритов). В них механические напряжения могут вызвать нарушения кристаллической решетки, а это уменьшает электрическую прочность.

В устройствах ФТ, где мощность СВЧ поглощается (вентили, аттенюаторы, нагрузки и др.), теплонагруженные элементы нужно хорошо охлаждать во избежание теплового пробоя **.

В ФТ высокого уровня мощности не следует применять материалы, имеющие пористую структуру. Для них электрическая прочность определяется так называемым термоионизационным пробоем, при котором ионизация газа в порах материала приводит к дополнительному местному разогреву. Это вызывает еще большее увеличение потерь, появление термических напряжений, ведущих к разрушению вкладышей. Все это способствует развитию электрического пробоя.

Широко распространенным способом повышения электрической прочности ФТ является увеличение в нем давления воздуха, что согласно (13.10) увеличивает пробивную мощность (рис. 13.2). Однако повышение давления в тракте ограничено механической прочностью его элементов, причем чем больше поперечное сечение тракта, тем раньше проявляется это ограничение. Так, для латунного стандартного волновода сечением 23 х 10 мм максимально допустимым является повышение давления в тракте в 2,9 раза относительно нормального, при этом пробивная мощность тракта возрастает примерно в 5 раз; для волновода 72 х 34 мм*

* В местах наиболее интенсивного разогрева диэлектрик или феррит растрескивается. Трещины приводят к локальному увеличению напряженности электрического поля, а это в свою очередь увеличивает разогрев. Тепловой пробой обычно развивается при Е < Еар Для данного материала,