P4 (Исследование параметров СВЧ-устройств), страница 10

Прн указанном условии мощность, рассеиваемая на группе из т параллельно соединенных сопротивлений гс,'„ равна мощности, рас. сенваемой на сопротивлении гт; в выключателе с одним щелевым ягоду лем. В результате при тех же значениях Е. и 1., мощность, приходящаяся на одно сопротивление Й,'м, т. е. на один щелевой модуль, и ш раз меньше, чем в выключателе с одним модулем.

Таким образом, использование нескольких щелевых модулей, Ав расположенных на расстоянии —, позволяет увеличить рабочуго 2 мощность, но не дает возможности улучшить параметры Е„Т,, Определим вносимое затухание 1а, 1., выключателя, состоящего пз двух щелевых модулей, расположенных на расстоянии — ', Экви- 4 валептная схема втокио выключателя представлена на рис. 9. 11,а 1'нс 9 11. Эквивалентная стена волноводного выключателя на реаояансной частоте яри расстоянии между щелсвы- Ла ми модулями— а В сечении 2 эквивалентная линия нагружена на сопротивление (рис.

9. 11, 6): гтв = — = иг, ° Д,яг (9.!0) ~в+ ~ !+~в б! Это сопротивление трансформируется в сопротивление )~гэ». включенное в сечении ! параллельно второму сопротивлению )1, (см рис. 19. 11,в): !р'* 1+ й,' Йд — — = — — — — ' Ж; (9. 11) йэ Я; Общее сопротивление в сечении 1 )1эФэ )р ° ( + .) (9. 12) )э!2 1 Рэ 1+ Н~ + Й~ Мощность, рассеиваемая на сопротивлении Й~ (рпс. 9. 11,г), Ю1+ Н7/ 4!г, '4Й;(!+ Я,') (1+ )ээ;+ Я' ) (1+ И,')' (2Р,''+ 2й;+1)' Мощность Р„распределяется между сопротивлением !г, и )э'. Часть мощности Рсь проходящая в согласованную нагрузку на выходе выключателя, Ря = Р— Рпэп (9 15) Ф'+ Я (2»г''+ 2!ээ' -';1)' э!о определению вносимое затухание Р,м„(2Р,' + 2!с, -~- 1)' Ра 4Й,'« (9.

18) В режиме «Закрьэто» И;, «! и )э э ~п~п э ппп (9. 17) В рейиме «Открыто» Я,', » 1 и Мощность, приходящаяся на сопротивление Япь определяется 'сдедующим выражением: !т'э+)гм (2Я + 2Р; —; — !)э В формулах (9 !7), (9 18) 1 и и (.„, — вносимое затухание для одно~о щелево~о модуля Можно показать, что при и щелевых хв модулях, включенных через =', 4 Л, -= 4'"-Ч,,; (9. 19) бв бл ва 4» Яб ба Рис 9 13 Зависимость Гз (нз) Лля Различных аначсний 1., Рвс 9 12 Зависимость ьз () о) для вык ~кяагелен с Различным числом неелевых мол лей Графики зависимости йв от Е, при разном количестве щелевых модулей и количестве полупроводниковых элементов й =- 100 приведены на рпс 9 12 Из графиков следует, что эффективность увеличения числа щелевых модулей т, если максимальная величина с.„ограничена допустимым значением А„,„, быстро уменьшается и, начиная с некоторого т, увеличение числа щелевых модулей дает незначзпсльный эффект (рис 9 13) Если величина ~в ограничена снизу допустимым значением Ьз,„и увеличение числа модулей т Из выражения (9 19) следует, что в состоянии «Открыто» затухание выключателя равно произведению затуханий отдельных каскадов В состоянии «Закрыто» затухание выключателя равно произведению затухания отдельных каскадов, умноженному на 4 -', т е.

затухание в состоянии «Закрыто» увеличивается с ростом числа щелевых модулей быстрее, чем затухание в состоянии «Открыто» (эффект «накопления»). 11ри этом появляется возможность за счет )величения числа модулей т и изменения сопротивления Я,' уменьшить результирующее затухание 1., в состоянии «Открыто» и одновременно увеличить затухание х.з в состоянии «Закрыто», причем соотношение между А, и А, может быть значительно лучзпим, чем это следует из (9.

18). производится для уменьп1ения коэффициента вносимого затухания в состоянии «Открыто» г,, наблюдается то же явление начиная с некоторого т, уменьшение 1,„с ростом т несущественно (рис. 9. 14). ов 07 ог ог г л а Ф в г э в а га Рис 9 !4 Зависимость Л э (гп) при пазличных аиачениах й, Указанные выше явления связаны формально с тем обете)втельством, что и увеличение 1.э н уменьшение Ь, при оговор1нных выше условиях достигается за счет увеличения Р' ка)кдого э ~аэх щелевого модуля. Однако при этом пропорционально увеличивается и Р, „= — „'*. В результате прн определенном гп не(тавенство Р,' ,„ сс, 1 перестает выполняться и выражение (9. 17) переходит и выражение типа (9 18), т.

е затухание увеличивается значител1но медленнее. Из-за уменьшения коэффициента стоячей волны в отрезках эаннии между модулями эффект накопления (появления множителя 4а'-') перестает действовать, Необходимо отметить, что рабочая мощность (импульсная и Лэ средняя) при расстоянии между модулями — равна соответствую- 4 щей величине выключателя с одним щелевым модулем. Требуемая величина эквивалентного нормированного сопротивления щелевого модуля Р' „обеспечивается выбором разгиеров поперечного сече- нии нпя волповода и места расположения щели па перегородке, 5. Эквивалентное сопротивление эиелевого модула Выше быта установлена зависимость параметров выключателя от вэ личины эквивалентно~о сопротивления ц!елевого модуля Р,'.

Определим теперь связь между величиной эквивалентного сопротивления Р„размерами поперечного сечения волновода, положением щели на перегородке и сопротивлением полупроводникового элемента Я,. Будем считать, что размеры волновода выбраны так, что распространяющейся является лишь основная волна Н„, а все высшие типы волн находятся в закритическом режиме. Поле внутри волпавода с щелевым модулем можно представить в виде суммы двух полей, одно из которых является первичным полем в волноводе с перегородкой без щели, а другое — вторичным, вызванным излучением щели в волноводе влево и вправо от перегородки, положение которой определяется координатой г = О.

Предположим, что источники Поля в волноводе расположены слева от щелевого модуля (рис. 9. 15) и волновод нагружен на согласованную нагрузку. Первичное поле в области г) О равно нулю, так как для первичного поля перегородка является сплошной. Слева от перегородки первичное поле представляет собой сумму падающей волны и волны, отраженной от сплошной перегородки.

Поскольку амплитуды волн одинаковы, а направление распространения противоположны, то суммарное поле является стоячей волной. Вторичное поле представляет собой волны с одинаковой амплитудой, распространяющейся влево и вправо от перегородки, Далее будет показано, что при резонансных размерах щели без полупроводникового элемента волна вторичного поля, распространяющаяся влево от перегородки, имеет такую же амплигуду, как и отраженная от перегородки волна первичного поля, но фазы их отличаются на и. В результате слева от перегородки отраженная ' волна и волна вторичного поля гасят друг друга и в этой части волновода существует одна единственная волна первичного поля, распространяющаяся направо в сторону модуля.

Вправо от перегородки распространяется волна вторичного поля, имеющая такую же амплитуду, как падающая волна слева от персгорсдки, Таким образом, поле слева и справа от перегородки представляет собой волны с одинаковой амплитудой, распространяющиеся в одном и том же направлении, т. е. при резонансе перегородка с щелью без полупроводникового элемента не возмущает поле основной волны. При наличии в щели полупроводникового элемента вследствие е~о шунтирующего действия амплитуда волн вторичного поля уменьшается и слева от перегородки полного гашения отраженной волны первично~о поля волной вторичного поля из-за различия амплитуд волн не происходит, В указанной области помимо падающей волны возникает еще и отраженная волна. Вправо от перегородки распространяегся волна вторичного поля, амплитуда которой меньше амплитуды падающей волны слева от перегородки.

5 эм «»йс:9.!Б. Изменение амплитуды поля и волноводе с шелевым модулем (а) в состояниях «Открыто» (б) и «Закрыто» (в) Когда управляющее напряжение отсутствует, сопротивление полупроводникового элемента велико и его шунтирующее действие оказывается незначительно (состоянне «Открыто»). При подаче управляющего напряжения сопротивление полупроводникового элемента резко падает н сильно шунтирует щель, В зашунтнрованной щели интенсивность электромагнитных колебаний значительно уменьшается по сравнению с состоянием «Открыто» и амплитуда волн вторичного поля, излучаемых щелью в волновод, оказывается намного меньше амплитуды волн первичного поля.

В результате мощность на выходе выключателя справа от перегородки, переносимая волной вторичного поля, резко уменьшается. Слева от перегородки из-за изменения интенсивности вторичного поля появляется стоячая волна (состояние «Закрыто»). Введем обозначения; Ео«. Но.— поперечные составляющие векторов волн Ны первичного поля; знак «+» соответствует волне, распространяющейся в положительном направлении оси (падающая волна); знак « — » — в отрицательном направлении (отраженная волна); Е,, ~ Н,*~ — поперечные составляющие векторов волн Ны вторичного поля; знак «+» соответствует волне, распространяющейся от щелевого модуля в положительном направлении оси г; знак « †» — в отрицательном направлении. ,у Распределение амплитуды колебаний первичного, вторичного и Х суммарного поля вдоль волновода в двух состояниях выключателя Рис 9.16 Система ьоордянат показано на рис.

9. 15,б, е, Взаимное расположение координатных осей и волновода покаано на рис. 9. 16. Компоненты поля волны Инь распространяющейся в положнтельном направлении оси я, можно представить в таком виде: Е,= Е„з(п — х е Н„= ń— з(п — х) е АХ . у« ~ у». Он» Д Ж /« ~ ~»», Н,=Е 1' — сов~ — х) е «1 аыр. ~ а ) Е„=-Н„= Е,=о, '-й)' тде а — размер широкой стенки волновода. Отношение Г = — представляет собой коэффициент Еоу + Еуг оу отражения слона от перегородки. Электрический вектор первично~о поля Е, =- Ео +Е; направлен параллельно поверхности перегооу оу родки и в соответствии с граничными условиями на поверхности проводника при г =-0 должен обращаться в нуль, Отсюда следует, что Е"„=- — Е „~, о и г= — !+ — ~ Е;„! Еоу «о (9.

20) Входное нормированное сопротивление длинной .зинин в произвольном сечении 'связано с коэффициентом отражения в этом сечении следующим соотношением. !+Г (9. 21) ! — Г Из (9. 20) следует, что в сечении эквиваленчтвбй двухпроводной линии, соответствующем месту расположения щйлйвото модуля, т.

е. при а= О, Е,.„ Л' их (9. 22) 2 — ń—, Эта величина соответствует нормированноу()а српротивлению параллельного соединения Р, и К' И,))т (9. 23) (!7 (1«, + Н») гс; + 1 Приравняв (9.22) к (9. 23), получим Е- !у ЕУ 9 у о оу (9. 24) Знак «+» соответствует волне, распространяющейся н положи-, тельном направлении оси г, знак « — » — в отрицательном.