Переходы между линиями передачи свч
3.3. Переходы между линиями передачи свч
В трактах СВЧ часто возникает необходимость перехода от одного типа линии передачи к другому, например от коаксиала к прямоугольному или круглому волноводу, от коаксиала к полосковой линии, от прямоугольного волновода к круглому и т.п. Для этих целей предназначены специальные устройства, называемые переходами. Переходы нарушают регулярность тракта и поэтому должны быть хорошо согласованы по каждому из входов и не снижать электрическую прочность тракта. Наиболее важным в переходе является элемент связи, предназначенный для извлечения энергии из одной линии передачи и возбуждения электромагнитных колебаний в другой. В зависимости от типа соединяемых линий элемент связи может иметь различные конструкторские реализации. В электродинамическом смысле он представляет собой систему электрических и магнитных сторонних токов, определенным образом размещенных в линии передачи. Эти токи стремятся расположить так, чтобы с максимальной интенсивностью в линии передачи возбуждался требуемый тип волны и не возбуждались волны нежелательных типов. Амплитуда возбуждаемого типа волны будет максимальна, если при расположении элемента связи в линии передачи выполняются следующие условия:
• сторонний электрический ток на элементе связи протекает параллельно электрическому полю возбуждаемой волны;
• сторонний магнитный ток на элементе связи протекает параллельно силовым линиям магнитного поля;
• элемент связи располагается в максимуме соответствующей компоненты поля.
Различают элементы связи электрического и магнитного типов. Например, штырь является электрическим элементом связи, а петля – магнитным. Для возбуждения линий передачи СВЧ могут быть использованы элементы связи в виде отверстий определенной формы или узких щелей.
На рис. 3.8. представлен коаксиально-волноводный переход. Он предназначен для перехода от коаксиала с волной типа Т к прямоугольному волноводу с волной H10. Обычно штырь, являющийся продолжением внутреннего провода коаксиала, располагают посредине широкой стенки волновода, а расстояние до короткозамыкающей стенки z1, берут равным четверти длины волны в волноводе. Для обеспечения хорошего согласования необходимо также правильно выбрать высоту штыря l и его диаметр. Обычно берут l = l/4. Форма штыря и его диаметр существенно сказываются на полосовых свойствах перехода: чем толще штырь, тем шире полоса. При работе перехода вблизи штыря образуются все типы волн в прямоугольном волноводе. Кроме основной волны Н10, они находятся в закритическом режиме, и их амплитуды экспоненциально убывают при удалении от штыря. Скорость убывания определяется индексами т и п, характеризующими каждый тип волны в волноводе. Расстояние z2, от штыря до контактного фланца выбирается из условия уменьшения амплитуды высшей волны, ближайшей к основной волне Н10, до требуемой величины. Ближайшей к основной высшей волной в таком переходе является волна H30. Для уменьшения ее амплитуды в N раз величину z2 следует выбрать из соотношения 
Рис. 3.8. Коаксиально-волноводный переход
 |
Для возбуждения основной волны в прямоугольном волноводе с помощью полосковой линии используется волноводно-полосковый переход. Широкополосный переход между полосковой линией и прямоугольным волноводом может быть реализован применением П-образного волновода. При этом П-образный волновод получается из обычного прямоугольного волновода путем установки продольного металлического клина длиной (2..3)lв (рис. 3.9). Варианты коаксиально-полосковых переходов показаны на рис. 3.10.
Рекомендуемые материалы
На практике часто возникает задача передачи мощности СВЧ от неподвижного генератора к вращающейся антенне. Эта техническая задача решается с помощью перехода, называемого вращающимся сочленением. Для вращающихся сочленений используют линии передачи, имеющие осевую симметрию поперечного сечения, и выбирают тип волны, у которой силовые линии поля обладают азимутальной симметрией. Перечисленным условиям удовлетворяют коаксиальный волновод с волной типа Т и круглый волновод с волной Е01
 |
Рис. 3.9. Волноводно-полосковые переходы: а – зондовый на симметричную полосковую линию; б – П-образный на несимметричную полосковую линию; 1 – центральный проводник; 2 – металлическая пластина; 3 – диэлектрическая подложка; 4 – прямоугольный волновод; 5 – поршень; 6 – металлический клин; 7 – гребень П-образного волновода
Основным элементом вращающегося сочленения коаксиального типа являются дроссельные канавки, обеспечивающие надежный электрический контакт между вращающимися коаксиалами (рис. 3.11). Назначение и принцип работы дроссельных канавок во вращающемся сочленении такие же, как и в дроссельно-фланцевом соединении. Трущиеся контакты располагаются в нулях продольных токов, что достигается выбором глубины дроссельных канавок порядка четверти длины волны. При этом дроссельные канавки располагаются как во внешнем, так и во внутреннем проводниках коаксиала.
 |
Если Вам понравилась эта лекция, то понравится и эта - 79 Вызывное производство.
Рис 3.10. Коаксиально-полосковые переходы: а – непосредственный на симметричную полосковую линию; б – перпендикулярный на симметричную полосковую линию; в – перпендикулярный на несимметричную полосковую линию; 1 – центральный проводник; 2 – металлическая пластина; 3 – коаксиальная линия; 4 – разомкнутый шлейф; 5 – отверстие для согласования перехода
На рис. 3.12 схематично представлено вращающееся сочленение на основе круглого волновода с волной Е01. Оно представляет собой основной круглый волновод диаметром 2a1 перпендикулярно которому присоединены два прямоугольных волновода, являющихся входами устройства. Основной круглый волновод сверху и снизу заканчивается гасящими объемами. Они представляют собой короткозамкнутые круглые волноводы диаметром 2а2 и длиной l. Внутри основного волновода на расстоянии L друг от друга размещены резонансные металлические кольца диаметром 2rк. Рабочим типом волны во вращающемся сочленении является волна E01, круглого волновода. Структура силовых линий полей этой волны показана на рис. 1.27, б. Диаметр основного круглого волновода 2а1 выбирается из условия распространения в нем волны E01: l<lкрE01 = 2,61a1. Ближайший высший тип волны круглого волновода H21, должен находиться в закритическом режиме l>lкрH21 = 2,06a1. Из этих неравенств определяем интервал возможных значений a1: l/2,61 < a1 < l/2,06. При возбуждении прямоугольным волноводом круглого в нем, кроме волны E01, возбуждается паразитная волна H11, которая является основной волной круглого волновода и при выбранном радиусе a1 находится в докритическом режиме, так как l<lкрE01<lкрH11=3,41a1. Наличие волны H11 в основном волноводе является нежелательным, так как структура поля этой волны не обладает азимутальной симметрией, вследствие чего при работе вращающегося сочленения могут изменяться условия передачи мощности с одного входа сочленения на другой. В реальных конструкциях вращающихся сочленений для подавления
 |
волны H11 предназначены гасящие объемы или резонансные кольца.
Рис. 3.12. Вращающееся сочленение на круглом волноводе
Эквивалентная схема вращающегося сочленения с гасящими объемами показана на рис. 3.13. Длина шлейфов l выбирается таким образом, чтобы для волны E01 линия от клемм 1 к клеммам 2 была бы прозрачной, для волны H11 имела бы разрыв в месте подключения шлейфов. Это обеспечивается выполнением равенств l = lE01/2, l = 3lH11/4. Первое из этих равенств обеспечивает нулевое входное сопротивление шлейфов для волны E01 а второе – бесконечное входное сопротивление для волны
 |
H11. Одновременное выполнение этих равенств достигается выбором радиуса a2 круглого волновода гасящего объема.
Рис. 3.13. Эквивалентные схемы волноводного вращающегося сочленения с гасящими объемами
Резонансные металлические кольца могут быть использованы для подавления волны H11 вместо гасящих объемов. Так как кольца тонкие, то они не оказывают заметного влияния на распространение волны E01. Силовые линии магнитного поля этой волны параллельны кольцу и не вызывают появления в кольце кольцевого поверхностного тока. Однако структура магнитных силовых линий волны H11 такова, что в кольце возбуждается поверхностный кольцевой ток (рис. 3.14). Амплитуда этого тока максимальна при резонансной длине кольца 2prк =l. В данном случае такое кольцо интенсивно отражает волну H11. Для усиления эффекта гашения этой волны используют два резонансных кольца, размещаемых на расстоянии L друг от друга: L = 2(n + 1) lH11/4, где n = 1,2.
