Ну вот возникла странная идея передавать информационные сообщения по пустым стальным трубам. (Просто технологические трубы - не волноводы) Трубы могут быть покрыты ржавчиной изнутри (до 5мм), диаметр круглых труб от 50мм и больше. Трубы между собой сварены ручным способом (то есть как получится), но герметичность есть, и по дороге сигнала никаких радиопрепядствей (штырей,щелей) нет. Можно ли в принципе добится устойчивой радиопередачи на расстояние 20км при маленькой мощности передатчика? Сколько приблизительно мощности надо, или это вообще бред? Кто имеет опыт работы с волноводами - подскажите плз.!

Мне кажется, что толкового волновода не получится, т.к. ржавчина обладает плохой проводимостью., кроме того, при переменном диаметре будет изменяться полоса рабочих частот и т.д. А вот из металлопластиковой новой трубы, в принципе, сделать волновод с относительно небольшими потерями возможно.

выше примерно 3,6 ГГц в такой трубе чего-то распространяться будет. В общем случае, в круглом волноводе существуют моды, у которых очень низкое затухание, однако на неоднородностях идет трансформация мод и затухание все равно будет. тяжело сказать какое будет затухание в данном конкретном случае. Разве что, экспериментально попробовать.

Тема обсуждалась Здесь

А как насчет ультразвука?
Металл - отличный проводник для акустических волн. В каких условиях расположены сами трубы? Закопаны? Или над землей?

Можно даже ультразвук пускать не по самому металлу, а возбуждать ультразвуковую волну внутри металлической трубы, как электромагнитную волну в СВЧ-волноводе...В этом случае УЗ-колебание в круглой трубе должно распространяться в виде некой определенной моды.

Плохая проводимость это хорошо, вот если не очень плохая, но и не очень хорошая, то объемные потери неизбежны. А при хорошем диэлектрике ток потечет по чистой стали (он же не дурак). Т. е., если ржавчина хороший диэлектрик на ВЧ (я не знаю), то у Вас получится частично заполненный диэлектриком волновод. Но на 20 км не очень верится, причем, как уже отмечали, волноводную моду с малыми потерями поддержать Вам вряд ли удастся.

Спасибо за ответы! Наверное надо просить модераторов, чтобы две темы объединили в одну правда у меня кабели отпадают сразу... Ультразвук вряд-ли на 20км по трубе, я вообще не игрался, но насколько знаю ультразвуковые диагностические системы - это на пару метров максимум. Еще такой вопрос: а если ржавчина фрагментарно встречается - от нее по идее должны быть радио-отражения. И также, отражения от сварных швов и от ответвлений трубопровода. От чего они будут больше? Мне кажется, что от ответвлений. (Это я к тому, что можно за одно определять наличие проводящего мусора в трубе)

Я как-то пробовал на проходимость чистое оконное и с оксидным прозрачным покрытием (отражающее ИК диапазон) в сборке стеклопакета на 2.4 ГГц - разница около 50 дБ. В поготителях безэховых камер, ферритовые плиты, есть оксид железа. Думаю, что толстый слой оксида и гидроксида железа и разных накипных отложений на стенках труб нужно рассматривать как хороший поглотитель и исходя из этого считать прохождение и на отражения, тем более многократные, не расчитывать. Но лучше эксперимент.

Там еще и ответвления? Это сразу 3 дБ потерь при равном делении.

Стальные трубы самый плохой вариант для волновода. Именно из железа (порошка, оксида, карбида) делают поглотители СВЧ, нагрузки.
Для передачи сигнала на расстояние в 20 км по трубам (волноводам) применяют только моду Н01 обладающую наименьшими потерями за счет отсутствия продольных токов, практически не влияет качество стыков и наличие зазоров. Для гашения других мод в волновод добавляют поглотители 90-100 мкм , но не в таком объеме, как это будет в чисто стальной трубе. Стальная труба порядка 60мм всегда покрывается плотной медью 10 мкм это позволяет получить затухание в диапазоне 35-80 ГГц 1-0,4 дб /км, без поглотителя паразитных мод и 2-4 дб/км с диэлектрическими поверхностными поглотителями. Те. придется экспериментировать с затуханием в милиметровом дапазоне, что не просто.

Т.е. если труба новая, крашеная изнутри (например для газов), без ржавчины, то даже наличие отверстий в трубе не вызовет существенных отражений и затуханий для моды Н01?

Скорее всего больше всего влиять будут повороты и изгибы, так как в многомодовой области на них, как правило идет трансформация мод. Плюс неидеальность окружности, так как трубы гнут, не очень заботясь о том, что получается эллипсность.

И еще, если в трубах есть вода, то скорее всего ничего не получится. Вода -отличная нагрузка. Потери очень большие.

Так речь о том, чтоб пустить волну по воздуху внутри волновода, а не по металлу.

Нет воды, там нет точно. Газ или диэлектрические жидкости. Может быть ржавчина, но можно требовать, чтобы ее было мало.

1) В формулу затухания в волноводе входит параметр мю- магнитная проницаемость, у железа (стали) этот параметр много больше 1 на 2-3 порядка. В соответстующее число раз и увеличивается и затухание. Потери в диэлектрике (краске) в этом случаее не сравнимы. Более гладкие трубы имеют меньшие потери, чем ржавые, не ровные, поскольку СВЧ ток бежит только в тонком приповерхностном слое, огибая рельеф. За счет неровности пройденый путь тока увеличвается в разы, те возростают потери. Ржавчина увеличивает еще потери за счет объемной поверхности.
2) При таких потерях тракта говорить об каком либо отражении не приходится - всегда будете иметь идеальное согласование, чего бы вы не делали с трубой.
3) Все отверстия, ответвления соизмеримые с длиной волны приведут только к дополнительному затуханию сигнала, за счет излучения в пространство или поглощения в ответвлении трубопровода.
4) Т.о даже если уменьшить затухание на моде Н01 за счет использования увеличения частоты до 80 ГГц, то я бы оценил затухание в стальной трубе на уровне не менее 24дб/км, и для обеспечения передачи информации потребуется мощный генератор и черезвычайно чуствительный приемник, все очень уникальное и дорогое, дешевле в трубе кинуть оптоволокно, как это сейчас и делают, или организовать воздушный радиорелейный канал.

Где формулу смотрели? В Фельштейне-Явиче только проводимость. Проницаемость входит в выражение скин-слоя, но, по всей видимости, в волноводах с уменьшением скин-слоя (повышением частоты или той же магнитной проницаемости) потери уменьшаются. Возможно, Вы смотрели формулу, в которую входит комплексная магнитная проницаемость, мнимая часть которой и отвечает за потери (тангенс отношения мнимой и реальной частей есть тангенс магнитных потерь). Поэтому, магнитная проницаемость как таковая (реальная) не влияет на потери, которые вызваны инерционностью процессов намагничения.

Из Метрикин А.А. =Антенны и волноводы РРЛ=
Параметр под корнем является поверхностным активным сопротивлением материала стенок. Обычно в справочниках формулы упрощают, считая материал волновода медью, латунью или алюминием с мю =1.
В какой-то старой книжке мне попадалась таблица затухания в волноводах выполненых из не стандартных материалов, постараюсь найти.

Мда. Идея скорее всего неважная для реализации. Даже для диагностики вряд ли потянет из-за необходимости больших входных мощностей и отсутствия отражений.

Да это и не идея вовсе была, а любопытство, что-ли. С таким же успехом можно попробовать проводить электроток по водонесущему слою земли или передавать звук в космосе.

А всё-таки, что у нас практически с потерями в волноводе с ростом частоты? Кто имеет реальный опыт? HFSS для прямоугольного говорит, что уменьшаются, что поначалу меня поставило в тупик, но потом несколько же и отступило. Но понимания пока нет. Первая мысль, что м. б. всё-таки и в металле в волноводном тракте происходят объемные потери, которые с ростом частоты уменьшаются вследствие уменьшения скин-слоя. Но м. б. эта мысль и бредова!

Насчет мю не все так просто. Мне делали Н-волновод из стали (правда не чистое железо, а нержавейка, но магнитная) для нагрузки (идея была как раз получить большое затухание за счет уменьшения скин слоя). Но для WRD500 (рабочий диапазон 5-18 ГГц) затухание получилось не такое уж и большое: порядка 10 дБ/м. Такое впечатление, что мю на СВЧ меньше, чем для статики. Круглый волновод - не Н-образный, затухание намного меньше. Может действительно взять 10 м трубы и померить затухание?

Как раз именно такая нагрузка описана в "Фельд Я.Н. (ред.) =Техника сверхвысоких частот, том 1.= (М. Советское Радио, 1952)".


В книге нет текстового слоя, поэтому цитирую картинкой самое важное. Возможно малое затухание у Вас получилось из-за большего волнового сопротивления, чем надо. В демонстрируемом примере зазоры в клиньях всего 0,9 мм и токи в металле велики и соответственно потери тоже. Но это нагрузка, где использован эфект увеличения поверхностного сопротивления за счет мю.

Вообще, если не нужны мегабиты в информационном канале, то может и не надо "залазить" в см-мм, хотя сейчас серийное оборудование для компа на 2.4 ГГц сущие пустяки, по сравнению с измериловкой на см-мм, и проверка участка на затухание займёт не больше времени, чем переписка на форуме.
Есть интересный случай из жизни, как может распространяться сигнал по стальным трубам. В далёких 80-х проверялся как-то радиомаяк для горных туристов, на предмет дальности и обнаружения. Предназначался для поиска попавший под лавину людей. На обычный бытовой радиоприёмник с магнитной антенной гарантированно обнаруживался и определялся пеленг с расстояния 10-15 м. Радиомаяк (РМ) собственно, представлял коробочку с пачку сигарет, питание Крона, частота работы 880 кГц, излучающая антенна ферритовая, модуляция АМ тоном 1000 Гц, со 100% манипуляцией 1 Гц. При испытаниях в различных условиях расположения РМ проявился интересный неожиданный эффект. Положили РМ в сейф, в отделение кассы, там ещё одна стальная дверца. Сейф советский, толщина стали 6 мм. РМ прослушивался с 3-5 метров уверенно. Но нашлось место в здании, на расстоянии 50 м, где был устойчивый сигнал! При изучении выяснилось: сейф стоял задней стенкой к чугунной трубе канализации вплотную и на этой трубе, через 50 метров вплотную на трубе был устойчивый сигнал. Дальше проверить не удалось, труба уходила в подземные каналы. Стыки трубы в канализации выполнялись чеканкой и как правило не имели гарантированного гальванического контакта, только перекрытие за счёт стыка. Отводов и ветвлений множество. Просчитать такой канал связи, наверно трудно, и теоретически работать не должно, но он работал. В данном случае основным компонентом переноса энергии было магнитное поле, вероятно.
Да, вот ещё нюанс, сигнал был на всей сети канализации в здании, но воспринимался приёмником только вплотную и при определённой ориентации приёмной антенны, сейчас уже не помню, какой именно по отношению к трубе.
Мощность выходного каскада РМ не более 20 мВт по потреблению от питания.

Все правильно, отрезок регулярного волновода и был нулевым приближением для расчета нагрузки. Так как непонятно было, насколько возрастет затухание за счет мю. Соответственно, новозможно рассчитать конструкцию с равномерным поглощением.
А так как ширина полосы более, чем 1:3, то это было достаточно важно.
Не помню сейчас на вскидку, сколько ожидалось получить, но в несколько раз больше - это точно. Поэтому и говорю, что мю наверное на СВЧ другое, либо оно для тонких пленок (которым является скин-слой) становится другим. Либо чего-то не учли.
А эксперимент нас поправил.

"Вообще, если не нужны мегабиты в информационном канале, то может и не надо "залазить" в см-мм, хотя сейчас серийное оборудование для компа на 2.4 ГГц сущие пустяки, ..." нет мегабиты не нужны точно. Пару бит всего И если бы побочно отражения от неоднородностей для контроля- то это бы в плюс. Я вообще техникой СВЧ, к сожалению, не занимался практически - так только задачки решал в институте по формулам, и мне это не особо нравилось, поскольку многое было непонятно в книгах (из процессов). Вначале думал просто посчитать круглый волновод, но потом решил спросить - мало ли что я там насчитаю - кто работал практически, тот знает тонкости , и ответит по делу.