Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ (1988) (1095425), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Рассмотрим некоторые наиболее употребительные полезные нерегулярности. Волноводные стыки. гв~ -Г гм В ступенчатых переходах и фильтрах широко используа! ют соосное соединение двух прямоугольных волноводов различного поперечного сечения (рис. 2.20). Упрощенная схема замещения такого соединения представляет собой стык линий передачи с нормированными волновыми сопротивлениями г„и з,ь отношение которых определяется формулой по графикам, приводимым в справочной литературе. Влияние до- бавочной емкости на характеристики волноводных трансформато- ров может быть скомпенсировано некоторым укорочением отрезков линий. Волноводиые диафрагмы.
Диафрагмами называют тонкие ме- таллические перегородки, частично перекрывающие поперечное се- чение волновода. В прямоугольном волноводе наиболее употребительны симметричная индуктивная, симметричная емкостная и резонансная диафрагмы (рис. 2.21). 1Ь, В индуктивной диафрагме (рис. 2.21, а) поперечные токи на широких стенках волновода частично замыкаются через пластины, соединяющие, .
-1- — т— эти стенки. В магнитном поле токов, текущих по пластинам диафрагмы, ' ь~ запасается магнитная энергия Схема замещения диафрагмы представ- г ... г1 ляет собой индуктивность, включенную параллельно в линию передачк. а' Нормированную реактивную проводимость индуктивной диафрагмы оп-- ределяют по приближенной формуле Гн рм Ьь = — (Х,1а) с(дз (лг(,1(2а)(, Рпс. 2.21.
Диафрагмы а прямогде с(ь — Ширина зазора диафрагмы; угольном аоляоаояе а — размер широкой стенки; Ха— длина волны в волноводе. Емкостная диафрагма (рис. 2.21, б) уменьшает зазор между широкими стенками волновода. Между кромками диафрагмы концентрируется поле Е и образуется запас электрической энергии. Поэтому схемой замещения является емкость, включенная параль лельно в линию передачи. Нормированная реактивная проводимость емкостной диафрагмы определяется по приближенной формуле Ьс — (4Ььа 1 1п созес (яг(с)( Ь)1, где дс — ширина зазора диафрагмы; Ь вЂ” размер узкой стенки.
Емкостная диафрагма сильно снижает электрическую прочность волновода. Резонансная диафрагма (резонансное окно) — металлическая пластина с отверстием прямоугольной или овальной формы [рис. 2.21, в), перекрывающая поперечное сечение волновода и содержащая элементы индуктивной и емкостной диафрагм. Размеры отверстия резонансной диафрагмы могут быть выбраны так, чтобы на заданной резонансной частоте диафрагма не оказывала влипни я а распространение волны Нм в волноводе, т. е. имела нулевую проводимость. Схема замещения резонансной диафрагмы имеет вид параллельного резонансного контура, шунтирующего линию передачи.
Частоту резонанса диафрагмы приближенно определяют из условия равенства волновых сопротивлений линии передачи, экви- -уел -тая а) Рне. 2.22. Индуктивный штырь в прямоугольном волноводе валентной волноводу, и отверстия диафрагмы на основании формулы (2.1): Ь Ь' а Ф' ! — (!о!(2а))я а т' ! — (!о/(2а'))я Можно убедиться, что выбранной резонансной длине волны 2о соответствует множество диафрагм с отверстиями различных размеров, начиная с узкой щели длиной Хо/2 и кончая полным поперечным сечением волновода.
Эти резонансные диафрагмы обладают разной внешкей добротностью, т. е. добротностью эквивалентного колебательного Е.С-контура Я„= . ' с учетом влияния 2 $'ЦС согласованной с двух концов линии передачи, шунтирующей этот контур. Индуктивный штырь (рнс. 2.22, п) представляет собой проводник круглого сечении, установленный в прямоугольный волновод но направлению силовых линий наприженности электрического поня Е н соединенный с двух концов с широкими стенками волновода. :хема замещения индуктивного штыря содержит параллельно' ьключенную индуктивность и два последовательных емкостных со!ротивления, учитывающих конечную толщину штыря.
Номиналы лементов определяются по формулам и графикам, приведенным в Рнс. 2.23. Емкостныа штырь в прямо угольном волноводе 5 2.8' О РАССОГЛАСОВАНИИ ТРАКТА СВЧ С МНОГИМИ НЕРЕГУЛЯРНОСТЯМИ справочной литературе. Индуктивные штыри не снижают электрической прочности волновода и просты в изготовлении. Когда необходимы низкие значения параллельного сопротивления хл, применяют решетки из нескольких индуктивных штырей, располагаемых в поперечном сечении волновода (рис. 2.22, 6). Емкостный штырь (рис, 2.23) представляет собой круглый проводник, установленный по направлению силовых линий напряженности электрического поля Е и соединенный одним концом с широ- -Фв мулл кой стенкой волновода.
Схема за- -+~+- мещения емкостного штыря содержит последовательный ЕС- утл контур, включенный параллельно в линию передачи. Емкость этого Ю контура связана с концентрацией поля Е в области разомкнутого конца штыри, а индуктивность обусловлена прохождением токов по штырю. При некоторой длине штыря, близкой Ао/4, проводимость последовательного контура обращается в бесконечность и волновод закорачивается. Более короткие штыри имеют емкостную проводимость; при длинах штыря, больших резонансной, проводимость носит индуктивный характер. Последовательные емкостные сопротивленин в схеме замещения учитывают конечность толщины штыря. При малых диаметрах штыря эти сопротивления малы и их влиянием можно пренебречь. Емкостные штыри в основном применяют в качестве регулируемых реактивных элементов, вводимых внутрь волновода с помощью резьбовых отверстий на широкой стенке.
Однако емкостные штыри заметно снижают электропрочность волноводов н поэтому В мощных трактах не применяются. При конструировании тракта СВЧ заранее не известны ни истинные значения параметров каждой нерегулярности, ни точное место ее расположения в тракте. Поэтому для прогнозирования КБВ на входе тракта используют статистический подход. В идеале элементы тракта не должны вносить рассогласования, однако в пределах рабочей полосы частот каждый элемент с номером й= =1, 2, 3,... из-за погрешностей изготовления и неидеальности настройки обладает небольшим коэффициентом отражения рв= =рве~не, модуль и фаза которого изменяются случайным образом у различных экземпляров однотипных элементов. Модули коэффициентов отражения принято оценивать дисперсией оР. получаемой в результате обследования большого числа М„, однотипных нерегулярностей: таз т 1 Схема замещения тракта со случайными нерегулярностями показана на рис. 2.24. При условии малости парциальных коэффициентов отражения нерегулярностей (ра «.1) напряжение падающей волны в тракте можно считать примерно постоянным.
Многократно г используя формулу (1.)7), пеА+г ресчитаем парциальные коэффициенты отражения в общее Ъа хам — за-г сечение на входе тракта: Уг Уз У„г а-1 Рис. 2.24. Тракт СВЧ с многими нерегуляториостями Заметим, что фазовые углы отдельных слагаемых являются случайными величинами с равномерным распределением в интервале Π— 2п. Поэтому средние значения декартовых составляющих р и р„для входного коэффициента отражения равны нулю, а сами эти составляющие характеризуются гауссовскими законамн распределения с дисперсиями, равными суммам дисперсий вещественных и мнимых составляющих отдельных слагаемых (2.2): гт г з 1 '%~ з а =о,= — за = оз. (2,3) л — я й-1 При оценке согласованности тракта существенное значение имеет только модуль коэффициента отражения, плотность вероятности которого подчиняется закону )зэлея а тв(р)= р е — г*дз.
> ез пронллюстрированному графиками рис. 2.25. Положение максимума каждой кривой на этом рисунке определяется наивероятнейшим значением р =о. "' Как известно, зто закон распределения плотности вероятности модули двумерного вектора, проекции которого на координатные оси распределены пб гаус- совскому закону. По распределению плотности вероятности можно вычислить вероятность того, что модуль коэффициента отражения на входе тракта окажется меньше наперед заданного значения р„, .
Интегрируя ш(р) по р в пределах от 0 до р,, получаем — /и > Ф(р(р..„)=1-е Для вероятности Ф=90гм, например, соответствующее значение р„, =2,14 о, что приводит к КБВ Кол — — (1 — 2,14а)/(! + 2,140). (2.4) и. Входящее в эту формулу значение о оп- и р йру ределяется из соотношения (2.3). м Рассчитанный по формуле (2.4) КБВ будет превышен в 90Ъ разнообразных трактов, сконструированных и собранных дг из заданных элементов. Прн неудачном конструировании, вероятность которого г ду составляет 10%, К(А;,д н следует переделать тракт, варьируя расположение и а~ дв 4з дв ,р элементов. Пользуясь формулами (2.4) и (2.3), можно также сформулировать тре- рр ' ' '„„оду~а„~,ф бовання к качеству согласования отдель- рарленга отражения в ных элементов тракта, Заметим, что вы- тракте с аерегулярвоггяполненный прогноз ожидаемого значения КБВ справедлив для одной рабочей частоты.
Для оценки согласования тракта в полосе частот Ь| следует рассчитать ожидаемый КБВ на нескольких частотах, отличающихся между собой настолько, чтобы прогнозы КБВ на каждой из них были статистически независимы. Вероятность того, что коэффициент отражения на М частотах окажется меньше величины р,, рассчитывается по формуле — рт /(г ° )1м Фм(р (р.„„)= [1 -е 1, где вероятность одной попытки возведена в степень М. Число необходимых оценок значения КБВ в полосе частот определяется эмпирической формулой Зг 2Сср М= — —, ур хв где Е,р — среднее расстояние между нерегулярностями; гр и Х,— средние частота н длина волны в тракте. Если относительная полоса частот ЛЦр составляет не более 1О %, то при Е,р= (5 — 7)Х, достаточно сделать оценку КБВ только на центральной частоте. Глава 3 МНОГОПОДВСНИКИ СВЧ й зл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
