/>инистерство образования РоссийскойФедерации
Уральский ГосударственныйТехнический Университет — УПИ
Кафедра «ВЧСРТ»
Реферат
по курсу
«Техническая электродинамика»
Преподаватель: Князев С.Т.
Студент:Черепанов К.А.
Группа: Р-307
Екатеринбург
2002/>/>/>
Содержание
1 Согласованные нагрузки для линий передачи… 2
2 РЕАКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ… 4
2.1 Поршни… 4
2.2 Диафрагмы… 5
2.3 Штыри… 7
3 РАЗЪЕМЫ И СОЧЛЕНЕНИЯ В ТРАКТАХ СВЧ… 8
3.1 Соединители волноводных трактов… 8
4 ПОВОРОТЫ ЛИНИЙ ПЕРЕДАЧИ… 10
5 ПЕРЕХОДЫ МЕЖДУ ЛИНИЯМИ ПЕРЕДАЧИ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ… 11
Библиографический список… 16/>/>1 Согласованные нагрузки длялиний передачи
Одним из наиболеераспространенных элементов трактов являются согласованные нагрузки, предназначенныедля поглощения передаваемой по линии СВЧ — мощности. Согласованные нагрузкиприменяют также в качестве эквивалентов антенн при настройке передающейаппаратуры и в виде меры сопротивления в измерительных СВЧ — устройствах(например, в установках для измерения матриц рассеяния многополюсников).
Основной электрическойхарактеристикой согласованной нагрузки является величина модуля еекоэффициента отражения /> (илисоответствующие величины КБВ или КСВ) в заданной полосе частот. На практике возможно создание нагрузок с|/>|£0,01 в относительной полосе частот Dfc/fo=20-30% и более. Ввиду малости |/>|требования к фазе коэффициента отражения от нагрузки не предъявляются, и этафаза может иметь любую величину в интервале от 0 до 2 p.
Важной характеристикой нагрузкиявляется величина допустимой поглощаемой мощности. Существуют нагрузки длянизкого уровня мощности (£1 Вт) инагрузки, предназначенные для высокого уровня мощности.
Конструктивное выполнениенагрузок зависит от типа линии передачи, диапазона частот и уровня мощности.Различают сосредоточенные и распределенные нагрузки, причем последние путемувеличения размеров и массы могут быть выполнены на большую мощность.
Вкоаксиальном тракте простейшей нагрузкой является сосредоточенный резистор ссопротивлением, равным волновому сопротивлению линии передачи. Однако насантиметровых волнах размеры резистора соизмеримы с длиной волны, входноесопротивление становится частотно-зависимым и качество согласования заметноухудшается. Для снижения коэффициента отражения и расширения рабочей полосычастот коаксиальные нагрузки сантиметрового диапазона волн часто выполняют ввиде отрезков нерегулярной линии передачи с потерями. Поглощающие элементы в таких нагрузках могут быть объемными или в виде тонких поглощающих пленок. Коаксиальная нагрузка с объемным поглощающим элементом в виде конуса показанана рис.1, а. Хорошее качество согласования в этой конструкциидостигается при длине поглощающего элемента 1³l.
Болеераспространены коаксиальные нагрузки с поглощающими элементами в видекерамических цилиндров, покрытых металлооксидными или углеродистыми проводящимипленками. Толщину пленки выбирают малой по сравнению с глубиной погружениятока, поэтому поверхностное сопротивление пленки почти не зависит от частоты.Чтобы входные сопротивления коаксиальных нагрузок с цилиндрическими поглощающимиэлементами были чисто активными и почти не менялись в значительном интервалечастот, такие нагрузки снабжают нерегулярными металлическими экранами соспециально подобранными профилями и размерами.
Нарис.1, б показана коаксиальная нагрузка с экраном ступенчатой формы. Найдено,что оптимальное качество согласования при l³.61получаетсяпри выборе уменьшенного диаметра экрана в соответствии с соотношением: />,где ZB — волновоесопротивление основного коаксиального волновода. Длина уступа внешнегопроводника должна быть несколько меньше длины пленочного поглощающегоэлемента.
Наиболееширокополосные коаксиальные нагрузки имеют внешний экран воронкообразной формы(рис.1, в). Например, при выборе формы экрана в соответствии с уравнением r(г)=аеАг(где а — диаметр внутреннего проводникакоаксиального волновода; А — константа) нагрузка оказываетсяработоспособной при А>l. Существуют и более широкополосные коаксиальные нагрузки,экран которых имеет профиль в виде специальной кривой — трактрисы.
Согласованныенагрузки для полосковых линий передачи представляют собой тонкопленочные полоскииз резистивных материалов, нанесенные на полосковую плату и закороченные содного конца на экран полосковой линии. Толщину полоски подбирают в несколькораз меньше глубины проникновения тока, а длина полоски может быть малой посравнению с длиной волны. Однако из-за небольшой площади теплоотвода такиесосредоточенные нагрузки выдерживают лишь небольшую мощность. Для увеличениярассеиваемой мощности нагрузки выполняют в виде протяженных (l~l)отрезков регулярных или нерегулярных линий передаче спотерями.
/>
Рис. 1 Коаксиальные согласованные нагрузки
При этом необходимспециальныйподбор формы поглощающей поверхности. В полосковыхузлах СВЧ применяюттакже навесные нагрузки в виде керамическихпластинок или стержней снанесенным пленочным поглощающим покрытием. На полосковых платах при выполнениинагрузок и в других случаях части возникают трудности с осуществлениемкороткого замыкания полосковых проводников на экраны полосковых линий. Приузкой полосе частот Dfc/fo=5-8%эти трудности преодолевают применением четвертьволновых разомкнутых шлейфов,обладающих близким к нулю входным сопротивлением.
Волноводные согласованныенагрузки выполняют в виде поглощающих вставок переменного профиля вотрезке короткозамкнутого волновода. В маломощных нагрузках вставки имеют видтонких диэлектрических пластин, покрытых графитовыми или металлическимипленками (рис.2, а). Объемные поглощающие вставки (рис.2, б, в, г) сбольшой мощностью рассеивания выполняют из композитных материалов на основепорошков графита, карбонильного железа или карбида кремния.
/>
Рис. 2 Волноводныесогласованные нагрузки
Для уменьшения отраженийпоглощающим вставкам придают вид клиньев или пирамид. Наименьшие отражения вширокой полосе частот обеспечиваются от вставок, входная часть которых имеетформу экспоненциального клина в плоскости вектора Е. Дляустранения отражения от короткозамыкателя вставка должна вносить ослабление20—25 дБ. Для улучшения теплоотвода площадь соприкосновения вставки состенками волновода делают максимальной, а внешнюю поверхность волноводаснабжают радиатором.
/>/>/>/>/>/>2 РЕАКТИВНЫЕЭЛЕМЕНТЫ
Реактивные нагрузки, применяемыев качестве мер при измерениях на СВЧ, а также в согласующих и управляющихустройствах СВЧ, должны обладать стабильным нормированным входнымсопротивлением, величина которого может быть строго рассчитана погеометрическим размерам. В качестве реактивных двухполюсников обычноиспользуют короткозамкнутые отрезки закрытых линий передачи, иначе говорякороткозамкнутые шлейфы. Реактивное сопротивление короткозамкнутого шлейфаопределяют по формуле/>, где ZВ — нормированное волновое сопротивление; b — коэффициент фазы, l — длина шлейфа. Основным параметром, характеризующимкачество реального шлейфа, является величина входного КСВ, котораядолжна быть как можно более высокой. Внерегулируемых коаксиальных или волноводных шлейфах с неподвижным запаянным поршнем КСВ может достигать.500 и более. В регулируемых шлейфах с подвижными поршнями значения КСВиз-за дополнительных потерь в контактах получаются ниже, однако, как правило, превышают 100. Холостой ход вшлейфах, т.е. размыкание выхода,может быть реализован только взакрытых многопроводных линиях передачи, когда устранено излучение.2.1 />/>/>/>/>Поршни
Возможныеконструктивные решения подвижных короткозамыкающих поршнейдля прямоугольных волноводов показанына рис. 3 для продольных сечений, параллельных узкойстенке волновода. В первой конструкции (рис. 3, а) разрезные пружинныеконтакты А вынесены от закорачивающей стенки В внутрь волновода на расстояние lв/4. Поэтому контакты оказываются в сечении волновода с нулевыми значениями продольного тока на стенках волновода, и неидеальность контактов не приводит к потерям мощности.
/>
Рис. 3Волноводные короткозамыкающие поршни:
1 — волновод; 2 — поршень; 3— тяга
Во второй конструкции поршня (рис.3, б) механические контакты А включеныв волновод через два трансформирующих отрезка линии передачи с низкими значениями нормированного волновогосопротивления ZВ1 и ZВ2.Предполагая, что активное сопротивлениеконтактов в точке А равно rа,и применяя дважды формулу пересчета сопротивления черезчетвертьволновый трансформатор,находим входное сопротивление в точках В: rB= =rA(ZВ1/ZВ2)2.При выборе ZВ1 и увеличить КСВ поршня.
Втретьей конструкции поршня (рис. 3, в) точки механического контакта помещены в середину свернутогокороткозамкнутого полуволновогоотрезка линии передачи, состоящего из двух каскадно включенных четвертьволновых отрезков с волновыми сопротивлениями ZВ1и ZВ2.К активному сопротивлению контактаrA добавляется бесконечное реактивноесопротивление короткозамкнутогочетвертьволнового шлейфа с волновым сопротивлением ZВ2, и сумма сопротивлений контакта и шлейфатрансформируется четвертьволновымотрезком с волновым сопротивлением ZВ1 в практически нулевое сопротивление вточке В (т. е. в точке В создаетсявиртуальное короткое замыкание для токов СВЧ).
Рассмотренныепринципы выполнения волноводных поршня непосредственно применимы и вкоаксиальных поршнях для диапазонакоротких сантиметровых волн. На дециметровых и более длинных волнахприменяются коаксиальные поршни с обычными пружиннымиконтактами в точках короткого замыкания линии передачи, так как четвертьволновые трансформирующие отрезки оказываются слишком громоздкими./>/>/>/>/>2.2 Диафрагмы
Диафрагмами называюттонкие металлические перегородки,частично перекрывающие поперечное сечениеволновода. В прямоугольном волноводе наиболее употребительнысимметричная индуктивная, симметричная емкостная и резонансная диафрагмы, показанные на рис. 4.
/>
Рис. 4Диафрагмы в прямоугольном волноводе
В индуктивной диафрагме (рис.4, а) поперечные токи на широких стенках волновода частично замыкаютсячерез пластины, соединяющие эти стенки. Вмагнитном поле токов, текущих по пластинкам диафрагмы, запасается магнитная энергия. Схема замещения индуктивной диафрагмы представляет собойиндуктивность, включеннуюпараллельно в линию передачи. Нормированную реактивную проводимостьиндуктивной диафрагмы bL определяют поприближенной формуле
/> (2.2.1)
где /> —длина волны в волноводе; а – размер широкой стенки волновода; dL — шириназазора диафрагмы.
Емкостная диафрагма (рис.4, б) уменьшает зазор между широкими стенками волновода, между кромкамидиафрагмы концентрируется поле Е исоздается некоторый запас электрической энергия. Поэтому схемой замещенияемкостной диафрагмы является емкость, включеннаяпараллельно в линию передачи. Нормированная реактивная проводимость емкостнойдиафрагмы bсопределяетсяпо приближенной формуле
/> (2.2.2.)
где b— размер узкой стенки волновода; dc —ширина зазора диафрагмы. Емкостная диафрагма сильно снижает электрическуюпрочность волновода.
Резонансная диафрагма (резонансноеокно) — металлическая пластинка с отверстием прямоугольной или овальной формы (рис. 4, в), содержащая в себе элементы индуктивнойи емкостной диафрагм. Размерыотверстия резонансной диафрагмы могут бытьвыбраны так, чтобы на заданной резонансной частоте диафрагма не оказывала влияния на распространениеволны H10в волноводе, т. е. имела нулевую проводимость. Схема замещения резонансной диафрагмы имеет вид параллельногорезонансного контура, включенного влинию передачи параллельно. Приближеннорезонансную частоту резонансной диафрагмы определяют из условия равенства волновых сопротивлений линиипередачи, эквивалентной волноводу, и отверстия диафрагмы на основании формулы (2.2.3):
/> (2.2.3)
/> (2.2.4)
Можно убедиться, что выбраннойрезонансной длине волны l0 вформуле (2.2.4) соответствует множество диафрагм с отверстиями различныхразмеров, начиная с узкой щели длиной l0/2и кончая полным поперечным сечением волновода. Эти резонансные диафрагмыобладают разной внешней добротностью, т. е. добротностью эквивалентного колебательного LC-контура /> сучетом влияния согласованной с двух концов линии передачи, в которуювключен этот контур./>/>/>/>/>2.3 Штыри
Индуктивный штырь, показанный вместе со схемой замещения на рис.5, а, представляет собойпроводник круглого сечения, установленный впоперечном сечении прямоугольного волновода по направлению силовых линий поля Е, и соединенный с двух концов с широкими стенками волновода.
/>
Рис. 5Индуктивный штырь в прямоугольном волноводе
Схема замещения индуктивногоштыря содержит параллельно включеннуюиндуктивность и два последовательных емкостных сопротивления, учитывающихконечную толщину штыря. Номиналы элементов определяются по формулам и графикам, имеющимся в справочной литературе. Индуктивные штыри неснижают электрической прочностиволновода и просты в изготовлении. Когда необходимы низкие значенияпараллельного сопротивления ха,применяют решетки из нескольких индуктивных штырей, располагаемых в поперечном сечении волновода, как показано нарис. 5, б.
Емкостный штырь (рис.6) представляет собой круглый проводник, установленный по направлению силовых линий поля Е исоединенный однимконцом с широкой стенкой волновода. Схема замещения емкостного штыря содержитпоследовательный LC-контур, включенный параллельно в линию передачи.Емкость этого контура связана сконцентрацией поля E в области разомкнутого конца штыря, а индуктивность обусловлена прохождениемтоков по штырю. При некоторой длине штыря, близкой к l0/4, проводимостьпоследовательного контура обращается в бесконечность, и волновод закорачивается.
/>
Рис. 6Емкостной штырь в прямоугольном волноводе
Болеекороткие штыри имеют емкостнуюпроводимость: при длинах штыря, большихрезонансной, проводимость носит индуктивный характер. Последовательныеемкостные сопротивления в схеме замещенияучитывают конечность толщины штыря.При малых диаметрах штыря эти сопротивления малы, и их влиянием можнопренебречь. Емкостные штыри в основномприменяют в качестве регулируемых реактивныхэлементов, вводимых внутрь волновода с помощью резьбовых отверстий на широкой стенке. Однакоемкостные штыри заметно снижаютэлектропрочность волноводов, и поэтому в мощных трактах они не находятприменения./>/>/>/>/>3 РАЗЪЕМЫ И СОЧЛЕНЕНИЯ В ТРАКТАХ СВЧ
Для осуществления сборки и разборкитрактов отдельные узлы и устройства СВЧ оснащают специальными разъемами,которые должны обеспечивать надежный электрический контакт в местах соединенияпроводников между собой. Основные требования к разъемам состоят в сохранении согласования и электрической прочноститракта при минимальном ослаблении мощности и отсутствии: паразитного излучения.
В высококачественных соединителяхдля гибких коаксиальных кабелей контакты обеспечивают с помощью пружинных цанги штекеров (рис. 7, а), удерживаемых в соединении посредством внешнихрезьбовых соединений или иных фиксирующих приспособлений. Соотношениедиаметров проводников на любом участке внутри коаксиальных высокочастотныхсоединителей подбирают таким образом, чтобы с учетом параметров диэлектрикаобеспечивалось постоянство волнового сопротивления линии. Согласование ввысокочастотных коаксиальных соединителях в сильной степени зависит от заделкикабеля и при аккуратном выполнении характеризуется среднеквадратическимзначением КСВ порядка 1,05—1,15.
Высокочастотное соединители дляжестких коаксиальных, волноводов на повышенный уровень мощности выполняют безопорных диэлектрических шайб. Эскиз возможнойконструкции коаксиального соединителя для жесткой коаксиальной линиипоказан на рис. 7, б. Во многих случаях высокочастотные соединители дляжестких коаксиальных волноводов должны быть герметичными как для защиты внутренних рабочих поверхностей проводника отвнешних воздействий, так и для повышения электрической прочности тракта путемсоздания внутри тракта избыточного давления. />/>/>/>/>3.1 Соединители волноводных трактов
Соединение отрезков прямоугольныхволноводов осуществляют с помощью фланцев двух типов: контактных идроссельных.
Контактные притертые фланцы требуюттщательной обработки и строгой параллельности соприкасающихсяповерхностей и могут обеспечивать высокоекачество сочленения, которое, однако, быстроухудшается при многократныхпересборках тракта.
/>
Рис. 7 Высокочастотные коаксиальные соединители:
1 — штыревой контакт 2 — гнездовой контакт; 3 — штыреваявтулка; 4 — гнездовая втулка
/>
Рис. 8 Контактный волноводный фланец:
1 — контактная прокладка; 2 — канавки с уплотнителем; 3 — отверстия
для фиксирующих штифтов
Дляулучшения качества контакта между фланцами на штифтах помещают бронзовую прокладку, имеющую ряд разведенных пружинящих лепестков, прилегающих к внутреннему периметру поперечного сечения соединяемых волноводов (рис. 8). Защита сочленения от пыли и влаги осуществляетсярезиновыми уплотнительными кольцами, уложенными в канавках на фланцах по обе стороны от контактной прокладки.
Вдроссельном фланце (рис. 9) контакт между волноводами осуществляетсячерез последовательный короткозамкнутый шлейф длинойlВ/2, выполненный в форме канавок и углубления внутри фланца. Четвертьволновой участокмежду точкойкороткого замыкания А и точкой механического контакта В являетсякоаксиальным волноводом с волной типаН11, а второйчетвертьволновый участок между точкой механического контакта В и точкойвключения шлейфа в волновод С является отрезком радиальной линиипередачи. Точка механического контакта попадает в узел распределенияповерхностного тока J и поэтому на сопротивлении контакта rкне происходитзаметного выделения мощности. Виртуальное короткое замыкание междусочленяемыми волноводами в точке С обеспечивается тем, что суммарнаядлина дроссельных канавок от точки А доточки С составляет lв/2. Для защиты полости тракта от внешних воздействий применяют уплотнительную прокладку,укладываемую в добавочную концентрическую канавку.
/>
Рис. 9 Дроссельныйволноводный фланец: a — эскиз;б — схема замещения
Дроссельные фланцы не критичны ккачеству механического контактаи небольшим перекосам в сочленении, не снижают электрической прочности тракта.Их недостатками являются зависимость качества согласования от частоты и сложностьконструкции./>/>/>/>/>4 ПОВОРОТЫ ЛИНИЙ ПЕРЕДАЧИ
Поворотыи изгибы линий передачи относятся к числу нерегулярностей, снижающихкачество согласования и электропрочность трактовСВЧ. В уголковых изгибах любых линий передачи в той или иной мере возбуждаются полянераспространяющихся волн высших типов, которым соответствует определенный запас электромагнитной энергии.
/>
Рис. 10Поворот линий передачи с компенсацией отражений
Для минимизации возникающихиз-за этого отражений конструкции изгибов дополняют различными согласующими элементами. Например, изгиб на 90°коаксиального тракта сочетают счетвертьволновым изолятором и дополняют небольшой проточной навнутреннем проводнике линии (рис. 10, а). Подбор расположения размеров проточки, а также правильный выбор длины четвертьволнового изолятора позволяют сохранить хорошее согласованиев тракте в широкой полосе частот.
Поворотыв полосковой линии передачи согласовывают с помощью «подрезания» внешних углов примерно на одну треть диагонали,соединяющей внутренний и внешний углы поворота (рис. 10, б). Однако такие компенсированные повороты вносятнебольшое добавочное запаздывание в линию передачи, которое должно учитываться при расчете электрических длинрезонансных отрезков. Подрезаниеуглов оказывается эффективным способом уменьшения отражений также в прямоугольныхи круглых волноводах, причем оптимальный размер скоса (рис.10, в) находятс помощью графиков, имеющихся в справочной литературе. Концентрация силовыхлиний поля Е в области резких изгибов снижает электрическую прочностьтракта. Этот недостаток в значительной мере устраняется в двойных поворотах и вплавных изгибах. В двойных поворотах (рис. 10, г) две нерегулярностиразносят на расстояние l, примерно равное lВ/4. Улучшениесогласования происходит как из-за уменьшения отражений от каждой нерегулярности,так и из-за взаимной компенсации отражений от них.
Плавные изгибы трактамогут быть охарактеризованы схемой замещения в виде отрезка линии передачи снесколько измененным волновым сопротивлением. Для улучшения согласования следуетувеличивать радиус изгиба или выбирать длину изгиба, кратной lВ/2./>/>/>/>/>5 ПЕРЕХОДЫ МЕЖДУ ЛИНИЯМИ ПЕРЕДАЧИ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ
Очень распространенными узламиСВЧ — трактов являются переходы с одной линии передачи на другую, которые такженазывают возбудителями волны заданного типа. По схеме замещения переходыявляютсявзаимными реактивными четырехполюсниками, и в их проектировании основноевниманиеуделяется достижению Хорошегокачества согласования входов в полосе частот при обеспечении необходимой электрическойпрочности. Рассмотрим ряд характерныхконструкций переходов.
Возбуждение прямоугольноговолновода с волной типа H10 откоаксиального волноводас Т-волной производится с помощью коаксиально-волноводных переходов (рис.11).
Основнымэлементом таких переходов являются обтекаемые электрическим токомштыри, размещаемые в короткозамкнутом с одной стороныволноводе параллельно силовым линиям поля Е.
В зондовом переходе (рис.11,а) согласование входов обеспечивается изменением длины зонда l3, а также подбором расстояний l и х,определяющих, положение зонда. Для расширения полосы частот согласования желательно увеличивать диаметр зонда d. При тщательном выполнении зондовый переходобеспечивает полосу частотсогласования 15—20 % относительно расчетной частоты при КБВ³О,95. Недостатком зондового перехода являетсяснижение электропрочности из-за концентрации силовых линий поля Е на конце зонда. В определенной мере этот недостаток преодолевается в коаксиально-волноводном переходес последовательнымшлейфом (рис. 11, б), однакодаже при самом тщательном подборерасстояний l и lш рабочая относительная полоса частотсоставляет ~7%.
Лучшие результаты по согласованиюи электропрочности имеет переход споперечным стержнем (рис. 11, в), дополненныйсогласующей индуктивной диафрагмой.В такой конструкции достижима относительная полоса частотсогласования~15%. Максимальныхширокополосности (~20%при КБВ³0,95) и электропрочности достигают в коаксиально-волноводных переходах так называемого «пуговичного» типа (рис. 11, г), требующих,однако, тщательного экспериментального подбора формы проводников всочетании с дополнительной настройкой качества согласования с помощьюиндуктивной диафрагмы.
/>
Рис. 11Коаксиально-волноводные переходы:
а— зондовый; б — с коаксиальным шлейфом; в — с поперечным
стержнем; г—пуговичный
Применениекоаксиально-волноводных переходов для возбуждения волны Е10 вкруглом волноводе показано на рис. 12 на примере вращающёгося сочленения.
/>
Рис. 12 Волноводное вращающееся сочленение сволной типа Е01
Короткиеотрезки коаксиального волновода с Т-волнойобеспечивают фильтрацию волн высшихтипов и устраняют возможность возбуждения в круглом волноводе паразитнойаксиально-несимметричной волны Н11 (эта волна более низкого типа, чем волна E01).Соединение вращающихся частей круглоговолновода осуществляют с помощью коаксиального дросселя длиной lо/2, аналогичного дросселям вращающегося коаксиальногосочленения на рис. 7.10.
Возбуждение волны низшего типа Н11в круглом волноводевозможно с помощью плавного перехода от прямоугольного волновода с постепенной деформацией формы поперечногосечения от прямоугольной к круглой (рис. 13, а).
/>
Рис. 13Соосные переходы от прямоугольного волновода с волной Н01ккруглому волноводу с волной Н11
Еслидлина такого перехода превышает длину волны, то отражения в широкойполосе частот оказываются незначительными. Вболее компактном узкополосном переходе, показанном на рис. 13, б, сочленениесоосных прямоугольного и круглого волноводовосуществляется через согласующуючетвертьволновую вставку с овальной формой поперечного сечения.
Возбуждениеволны Н11 в круглом волноводе может также производитьсячерез отверстие в его боковой стенке от прямоугольного волновода. Если широкие стенки прямоугольного волновода ориентированы параллельно оси круглого волновода(рис. 14, а),то в круглом волноводе возбуждаются волны Н11, распространяющиеся в обестороны от ответвления с одинаковыми фазами. При поперечном расположении возбуждающей щели в круглом волноводе (рис. 14, 6) волны,возбуждающиеся справа и слева отнее, противофазны. Если требуется обеспечить передачу волны Н11 в одном направлении, то один из концов круглоговолновода закорачивают, причем в случае разветвления, показанного нарис. 14, а, расстояние между центром щели и короткозамыкателем должно бытьблизким к lв/4, а в случае, показанном на рис. 14, б,— близким к lо/2.
/>
Рис. 14Тройниковые разветвления прямоугольного и круглого волноводов
Рассмотрим теперьнекоторые компактные способы возбуждения осесимметричнойволны Е01 в круглом волноводе от прямоугольного волноводас волной Н10, не использующие промежуточныхкоаксиально-волноводных переходов.
/>
Рис. 15 Способы возбуждения волны Е01 в круглом волноводе
В устройстве, показанном на рис.15, а, прямоугольный волновод соединяется с круглым через поперечноеотверстие. Для лучшего возбуждения волны Е01круглый волновод с одной стороны закорачивается на расстоянии lвЕ01/2 от возбуждающего отверстия. Для подавления паразитной волны низшего типа Н11, которая также возбуждается отверстием, вкороткозамкнутом отрезке круглого волновода располагают тонкоеметаллическое кольцо. Периметр кольца выбирают близким к lо,чтобы волна Н11 возбуждалав нем резонансные колебания с однойвариацией тока по периметру. Это резонансное кольцо действуетна волну Н11 подобно короткозамыкателю. Располагая кольцона расстоянии lвН11/4 от центра щели, удается эффективно подавитьколебания волны Н11 вкруглом волноводе. На волну типа Е01,силовые линии поля Е которойперпендикулярны проводнику кольца,резонансное кольцо практически не влияет;
Другой возбудитель волны Е01 вкруглом волноводе свысокой степенью подавления паразитной волны Н11показан на рис. 15, б. Прямоугольный волновод сочленяется с круглым так же, какв предыдущей конструкции с коротким замыканием одной половины круглоговолновода непосредственно у места сочленения. Кроме того, в круглом волноводепомещено резонансное кольцо, закорачивающее его для волны Н11. Волна Н11, просочившаяся черезрезонансное кольцо, испытывает поглощение, возбуждая через продольные щели в стенках круглого волноводакоаксиальный резонатор с колебаниями типа Н01.
В пучности поля Е этого резонатора помещено кольцо из поглотителя, в котороми происходит выделение энергии волны Н11.Волна Е01 не имеет поперечных токов на стенках круглого волновода ипоэтому не возбуждает продольные щели ирезонатор с поглотителем.
Особенно трудной задачей являетсяконструирование возбудителей волны Н01 в круглом волноводе. Здесьглавное требование состоит в обеспечении высокой степени чистоты возбужденияволны Н01приглубоком подавлении целого ряда низших и высших типов волн, способных краспространению в круглом волноводе большого диаметра.
/>
Рис. 16Плавный переход для возбуждения волны Н01 в кругломволноводе
На рис. 16 показана одна извозможных конструкций перехода от прямоугольного волновода с волной Н10к круглому волноводу с волной Н01 основанная на принципе плавнойдеформации формы поперечного сечения волновода и структуры электрическогополя. Волноводный Е — тройник и две продольные скрутки на углы в 90° впротивоположных направлениях образуют систему двух прямоугольных волноводов,соединенных узкими стенками и содержащих поля равной амплитуды с противоположнымифазами. Затем эта система плавно преобразуется к двум секторным волноводам собщим ребром. Постепенное увеличение угла раскрыва секторных волноводовобразует круглый волновод с продольной металлической перегородкой. Обрыв этойперегородки не изменяет структуры электромагнитного поля, и на выходе переходаполучается круглый волновод с волной H01.Для обеспечения надлежащей чистоты возбуждения волны H01этот переход должен иметь достаточнобольшую длину.
Определенныетрудности, связанные с достижением хорошего качества согласования в широкойполосе частот, возникают также при выполнении переходов от полосковых линий передачи к коаксиальным и прямоугольным волноводам.
Коаксиально-полосковые переходы в зависимости от взаимного расположения соединяемых проводников могут быть соосными или перпендикулярными(рис. 17).
/>
Рис. 17Коаксиально-полосковые переходы
Для уменьшения иррегулярности в области сочленения диаметрвнешнего проводника коаксиального волновода должен быть близким красстоянию между внешними пластинами симметричной полосковой линии или к удвоенной толщине основания несимметричной полосковой линии. Для улучшения согласования всоосном переходе делают скосы на конце полосковогопроводника (рис. 17, а). Согласованиеперпендикулярного коаксиально-полоскового перехода (рис. 17, б) осуществляют подбором диаметра соединительного штыря, проходящего через диэлектрическоеоснование, а также подбором размеровкоаксиальной диафрагмы на выходе из коаксиальноговолновода и короткого разомкнутого шлейфа из отрезка полоскового проводника.Часто коаксиально-полосковые переходы совмещают с коаксиальными соединителями.
Устройствадля возбуждения полосковой линии передачи от прямоугольного волновода с волной Н10 называются волноводно-полосковымипереходами. Соединение полосковой линии с прямоугольным волноводом может бытьвыполнено через плавный илиступенчатый переход на П-образном волноводе (рис. 18, а).
/>
Рис. 18Волноводно-полосковые переходы
Втакой конструкции перехода обеспечивается широкополосное согласованиепрямоугольного волновода с полосковой линией передачи я устраняется паразитное излучение из открытого конца волновода.
Волноводно-полосковый переходдругого типа, в котором используется часть волновода в качестве корпуса дляполоскового узла, показан на рис. 18, б. Этот переход выполнен на диэлектрическойпластине, установленной продольно в средней плоскости прямоугольноговолновода, параллельно силовым линиям поля Е. С двух сторондиэлектрической пластины напечатаны проводники, имеющие контакт один сверхней, а другой с нижней стенками волновода, и образующие плавный переход ксимметричной полосковой линии. Далее на той же диэлектрической пластинерасполагается несимметричная полосковая линия, возбуждаемая от ленточной линиичерез симметрирующее устройство в виде двух четвертьволновых щелей в экране.Экран несимметричной полосковой линии замыкает широкие стенки прямоугольноговолновода, что препятствует проникновению волны Н10 в областьволновода с полосковым узлом.
/>/>/>Библиографический список
1) СазоновД.М., Гридин А.Н., Мишустин Б.А… Устройства СВЧ.- М: Высшая школа, 1981
2) С.А.Баранов, М.П. Наймушин. Исследование полоснопропускающих волноводных фильтровСВЧ и методов узкополосного согласования в волноводных трактах; — Методическиеуказания к лабораторной работе по курсу «Антенны и устройства СВЧ».- Свердловск1987