Важливе практичне застосування хвилеводів полягає в передачі високочастотної потужності. Ними, наприклад, з'єднують високочастотний осцилятор або вихідний підсилювач радіолокатора з антеною. Сама ж антена зазвичай складається з параболічного рефлектора, у фокус якого подається енергія від хвилеводу, що розширюється на кінці у вигляді «рупора», який випромінює хвилі, що приходять по хвилеводу. Хоча високу частоту можна передавати і по коаксіальному кабелю, хвилевід все ж кращий — по ньому можна передавати більшу потужність. По-перше, потужність, що передається кабелем, обмежена небезпекою пробою ізоляції (твердої або газоподібної) між провідниками. Напруженості полів у хвилеводі за даної потужності зазвичай не такі великі, як у кабелі, тож можна передавати більші потужності, не побоюючись пробою. По-друге, втрати потужності в коаксіальному кабелі зазвичай більші, ніж у хвилеводі. У кабель доводиться ставити ізоляційний матеріал, щоб підтримати внутрішній провідник, і в цьому матеріалі виникають втрати енергії, особливо при високих частотах. Крім того, густини струму у внутрішньому проводі досить високі, а оскільки втрати пропорційні квадрату густини струму, то чим слабший струм у стінках хвилеводу, тим менші втрати енергії. Щоб звести ці втрати до мінімуму, внутрішню поверхню хвилеводу часто покривають добре провідним матеріалом, скажімо сріблом.
Проблема з'єднання «контурів» із хвилеводами різко відрізняється від аналогічної задачі за низьких частот. Її часто називають мікрохвильовим «сполученням». Для цієї мети було придумано багато приладів. Наприклад, дві секції хвилеводу зазвичай зв'язуються за допомогою фланців (фіг. 24.9), але таке з'єднання може спричинити серйозні втрати енергії, тому що крізь з'єднання потечуть поверхневі струми, а їхній опір досить великий.
Один зі способів уникнути втрат — це зробити фланці так, як показано на фіг. 24.10. Між сусідніми секціями хвилеводу залишають невеликий зазор, а на торці одного з фланців робиться жолобок. Виходить невелика порожнина (пор. з фіг. 23.16,в), розміри якої вибирають так, щоб її резонансна частота збігалася з частотою хвиль у хвилеводі. У такої резонансної порожнини «імпеданс» дуже високий, тому крізь металеве з'єднання (точка a на фіг. 24.10) йде порівняно слабкий струм. Сильні струми у хвилеводі просто заряджають і розряджають «ємність» щілини (у точці b), де енергія розсіюється слабко.
Тепер уявіть, що вам потрібно закрити хвилевід так, щоб не виникло жодних відбитих хвиль. Отже, треба в кінці поставити щось таке, що зможе імітувати нескінченність хвилеводу. Потрібний такий «кінцевий» пристрій, який діяв би на хвилевід так, як діє на лінію передачі її характеристичний імпеданс — щось таке, що лише поглинає набіжні хвилі, але не відбиває їх. Тоді хвилевід діятиме так, ніби він нескінченний. Такі закінчення виходять, якщо поставити всередину труби ретельно виготовлені клини з провідного матеріалу. Вони лише поглинають енергію і майже не генерують відбитих хвиль. Якщо вам потрібно з'єднати між собою три елементи, скажімо одне джерело і дві антени, то для цього годиться пристрій у вигляді «Т», як показано на фіг. 24.11.
Потужність, що підводиться центральною секцією цього «Т», розщеплюється і розходиться по двох рукавах (тут ще може відбутися і відбиття хвиль). Зі схеми, представленої на фіг. 24.12, можна якісно побачити, що поля на кінці вхідної секції можуть розійтися і створити електричні поля, які дадуть початок хвилям, що розбігаються по рукавах. Залежно від того, чи перпендикулярні електричні поля «верхівці» нашого «Т», чи паралельні їй, поля в місці сполучення можуть виявитися або такими, як на фіг. 24.12, а, або як на фіг. 24.12, б.
Нарешті, хотілося б описати прилад, іменований «спрямованим відгалужувачем». Це дуже корисний пристрій, коли потрібно дізнатися, що вийшло після того, як ви сполучили між собою якесь складне розташування хвилеводів. Наприклад, потрібно дізнатися, у який бік біжать хвилі в тій чи іншій секції труби; скажімо, необхідно уявити собі, наскільки сильна в ній відбита хвиля. Спрямований відгалужувач відбирає трошки потужності у хвилеводу, якщо по ньому біжить хвиля в один бік, і не відбирає нічого, якщо вона біжить в інший. Підключивши вихід з'єднувача до детектора, можна виміряти «односторонню» потужність у хвилеводі. Спрямований відгалужувач (фіг. 24.13) — це шматок хвилеводу АВ, до однієї зі сторін якого припаяний інший шматок хвилеводу CD. Труба CD відігнута вбік так, щоб помістився з'єднувальний фланець. Перш ніж спаяти труби, крізь сусідні їхні стінки наскрізь просвердлили пару (або кілька) отворів, щоб крізь них частина полів у головному хвилеводі АВ могла пройти у вторинний хвилевід CD. Кожен отвір діє як антена — генерує хвилі у вторинному хвилеводі. Якби отвір був один, то хвилі розходилися б в обидва боки і були б однакові незалежно від того, куди спрямовані хвилі в первинному хвилеводі. Але коли отворів два і коли відстань між ними дорівнює чверті довжини хвилі у хвилеводі, вони являють собою два джерела, зсунуті по фазі на 90°. А ви пам'ятаєте, ми розглядали в розд. 29 (вип. 3) інтерференцію хвиль від двох антен, розсунутих на λ/4 і збуджуваних зі зсувом 90° по фазі? Ми встановили тоді, що в одному напрямку хвилі віднімаються, а в іншому додаються. Те саме відбувається і тут. Хвиля, що генерується в CD, бігтиме в той самий бік, що й АВ.
І якщо хвиля в первинному хвилеводі біжить від A до B, то на виході D вторинного хвилеводу ми теж помітимо хвилю. Якщо ж хвиля в первинному хвилеводі біжить від B до A, то у вторинному хвилеводі хвиля побіжить до С. А на цьому кінці стоїть таке закінчення, що ця хвиля в ньому поглинеться і на виході відгалужувача хвиль взагалі не буде.
Проблема з'єднання «контурів» із хвилеводами різко відрізняється від аналогічної задачі за низьких частот. Її часто називають мікрохвильовим «сполученням». Для цієї мети було придумано багато приладів. Наприклад, дві секції хвилеводу зазвичай зв'язуються за допомогою фланців (фіг. 24.9), але таке з'єднання може спричинити серйозні втрати енергії, тому що крізь з'єднання потечуть поверхневі струми, а їхній опір досить великий.Один зі способів уникнути втрат — це зробити фланці так, як показано на фіг. 24.10. Між сусідніми секціями хвилеводу залишають невеликий зазор, а на торці одного з фланців робиться жолобок. Виходить невелика порожнина (пор. з фіг. 23.16,в), розміри якої вибирають так, щоб її резонансна частота збігалася з частотою хвиль у хвилеводі. У такої резонансної порожнини «імпеданс» дуже високий, тому крізь металеве з'єднання (точка a на фіг. 24.10) йде порівняно слабкий струм. Сильні струми у хвилеводі просто заряджають і розряджають «ємність» щілини (у точці b), де енергія розсіюється слабко.Тепер уявіть, що вам потрібно закрити хвилевід так, щоб не виникло жодних відбитих хвиль. Отже, треба в кінці поставити щось таке, що зможе імітувати нескінченність хвилеводу. Потрібний такий «кінцевий» пристрій, який діяв би на хвилевід так, як діє на лінію передачі її характеристичний імпеданс — щось таке, що лише поглинає набіжні хвилі, але не відбиває їх. Тоді хвилевід діятиме так, ніби він нескінченний. Такі закінчення виходять, якщо поставити всередину труби ретельно виготовлені клини з провідного матеріалу. Вони лише поглинають енергію і майже не генерують відбитих хвиль. Якщо вам потрібно з'єднати між собою три елементи, скажімо одне джерело і дві антени, то для цього годиться пристрій у вигляді «Т», як показано на фіг. 24.11.Потужність, що підводиться центральною секцією цього «Т», розщеплюється і розходиться по двох рукавах (тут ще може відбутися і відбиття хвиль). Зі схеми, представленої на фіг. 24.12, можна якісно побачити, що поля на кінці вхідної секції можуть розійтися і створити електричні поля, які дадуть початок хвилям, що розбігаються по рукавах. Залежно від того, чи перпендикулярні електричні поля «верхівці» нашого «Т», чи паралельні їй, поля в місці сполучення можуть виявитися або такими, як на фіг. 24.12, а, або як на фіг. 24.12, б.Нарешті, хотілося б описати прилад, іменований «спрямованим відгалужувачем». Це дуже корисний пристрій, коли потрібно дізнатися, що вийшло після того, як ви сполучили між собою якесь складне розташування хвилеводів. Наприклад, потрібно дізнатися, у який бік біжать хвилі в тій чи іншій секції труби; скажімо, необхідно уявити собі, наскільки сильна в ній відбита хвиля. Спрямований відгалужувач відбирає трошки потужності у хвилеводу, якщо по ньому біжить хвиля в один бік, і не відбирає нічого, якщо вона біжить в інший. Підключивши вихід з'єднувача до детектора, можна виміряти «односторонню» потужність у хвилеводі. Спрямований відгалужувач (фіг. 24.13) — це шматок хвилеводу АВ, до однієї зі сторін якого припаяний інший шматок хвилеводу CD. Труба CD відігнута вбік так, щоб помістився з'єднувальний фланець. Перш ніж спаяти труби, крізь сусідні їхні стінки наскрізь просвердлили пару (або кілька) отворів, щоб крізь них частина полів у головному хвилеводі АВ могла пройти у вторинний хвилевід CD. Кожен отвір діє як антена — генерує хвилі у вторинному хвилеводі. Якби отвір був один, то хвилі розходилися б в обидва боки і були б однакові незалежно від того, куди спрямовані хвилі в первинному хвилеводі. Але коли отворів два і коли відстань між ними дорівнює чверті довжини хвилі у хвилеводі, вони являють собою два джерела, зсунуті по фазі на 90°. А ви пам'ятаєте, ми розглядали в розд. 29 (вип. 3) інтерференцію хвиль від двох антен, розсунутих на λ/4 і збуджуваних зі зсувом 90° по фазі? Ми встановили тоді, що в одному напрямку хвилі віднімаються, а в іншому додаються. Те саме відбувається і тут. Хвиля, що генерується в CD, бігтиме в той самий бік, що й АВ.І якщо хвиля в первинному хвилеводі біжить від A до B, то на виході D вторинного хвилеводу ми теж помітимо хвилю. Якщо ж хвиля в первинному хвилеводі біжить від B до A, то у вторинному хвилеводі хвиля побіжить до С. А на цьому кінці стоїть таке закінчення, що ця хвиля в ньому поглинеться і на виході відгалужувача хвиль взагалі не буде.