Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ (1988) (1095425), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Плоскость симметрии как бы расчленяет восьмиполюсник иа два не связанных между собой парциальных четырехполюсника противофазиого возбуждения, каждый из которых характеризуется матрицей рассеяния Б (рис. 4.4, в). Матрицы рассеяния парциальных четырехполюсников синфазною и противофазного возбуждения [ р/ /' ) [ / / ) могут быть определены одна независимо от другой, например через произведение матриц передачи, если парциальные четырехполюсникн представнмы в виде цепочки элементарных каскадов.
Суперпозиция синфазного и противофазного возбуждения входов 1 и 2 и восьмиполюснике представляет возбуждение одиночного входа 1: й„=й+„+й„,=1, й+пз=й~пз+й-а=О. Поэтому, суммируя реакции парциальных четырехполюсников иа синфазное и противофазное возбуждения входов 1 и 2, можно определить следующие четыре независимых элемента матрицы рассеяния восьмиполюсника: 2 я ( г+ — 1 ! + зз1 (~ +~ ) з41 (~ ~ ) ) (4.8) Для нахождения элементов ззз и зчз матрицы 8 восьмиполюсника достаточно повторить опыты синфазного и противофазного возбуждения для входов 3 и 4.
Это приводит к искомым соотношениям + . ° 1 + ззз= (рт +рз ) зал= (рз рз ) . 2 2 (4.8а) Естественно, что при наличии у восьмиполюсника еще одиои плоскости симметрии (или же при наличии полной поворотной симметрии всех четырех входов) с помощью формул (4.8а) будет автоматически получено зю=йи, з,з — — язг. Описанный метод синфазного и противофазного возбуждения может быть обобщен на симметричные многополюсники с любым четным числом входов (21 Пример. Волноводиый щелевой мост.
Реактивной восьмнвйпосник образован двумя параллельными прямоугольными волноводами с волнами типа Н1а. В общей узкой стенке (т. е. в плоскости симметрии) выполнено отверстие связи двиной! (рис. 4.5„а). Выберем сечения всех входов восьмиполюсннка на равных расстояниях Л от краев отверстия связи и используем декомпозицию по методу синфазиого н противофазного возбуждения входов ! н 3. Рис. 4.5. К анализу волиоводного щелевого моста (а) н четырехполюсники противофазного (б) н синфазного (в) возбуждения Наиболее простым оказывается случай протнвофазиого возбуждения, которому соответствует мысленное затягивание отверстии связи идеальной металлической плоскостью (рис.
4.5, б), Образующиеся парпнальиые четырехполюсники противофазиого возбуждения представляют собой отрезки регулярного прямоупхзьного волновода длиной !+26 и характеризуются параметрами рассеяния р,-=р,-=О, ) =е уг, где ~р-=(2я(з,-)((+2Ь) — фззовая задержка при распространении основной волны Йы прямоугольного волновода на участке длиной (+2рп х,, = )ч)/)~! — (хег(2а))э — длина волны в волноводе шириной а. Парцнальные четырехполюсиики синфазного возбуждения получаются прн мысленном затягивании отверстии связи плоскостью нз идеального магнетика. В среднем отрезке длиной ! такого чегырехполюсннка может распространяться только низшая волна тина Н с распределением поперечных компонентов поля Е н Н, показанным внутри этого отрезка на рис.
4.5, в. Фактически зто половина картины распределения волны типа Ны для прямоугольного металлического вол- ю ~ ( ~ ~.+ = ы3л — плГйГ!' Параметрь. рассеяния чегырехполюсника синфазного возбуждения можно найти, решая уравнения Максвелла при удовлетворении требуемых граничных условий иа стенках. С некоторым приближением, которое хорошо подтвержлаегся строгим злектродинамическим расчетом, можно считать отражения на стыках обычного прямоугольного волновода с гипотетическим волноводом такого же сечения, ио с одной идеальной магннтопроводяшей узкой стенкой пренебрежнмо малыми и,полагать р,.зязО, )+ - е-уг Фазовая задержка в четырехполюснике ч. синфазного возбуждения гр+ отличается от задержки при противофазном возбуждении Ф- на дополнительную величину бш, что связано с укорочением длины волны в волноводе иа участке длиной ! из-эа граничного условия Нг=О: ~р+= ! ! ~р +Ьр, где зу=2я! ()+ Подставляя установленные значения параметров рассеяния парцнальных четырехполюсников в формулы (4.6), получаем матрицу рассеяния анализируемого восьмиполюсника: у! — + )з) ~ соз (Эу/2) — у з(п (Зу/2Ц Т!.
О ) " ( — у'э)п(дуг'2) сов(зу(2) ш 1 Наличие у восьмиполюсиика двух пар согласованных и развязанных входов свидетельствует. что получился направленный отвегвпгель. При длине окна связи между волноводамн (, обеспечивающей дифференциальный фазовый сдвиг между козффицнентамн передачи синфазного и противофазного возбуждений бгу=л/2, направленный ответвитель обеспечивает равное деление мощности, подаваемой на любой его вход, и в этом случае рассматриваемое устройство называется шалевым мостом. Щелевой мост осуществляет деле- з.б ' ние мощности с квадратурпмм фпэовым сдвизом в выходных плоскостях отсчета фаэ.
Это свойство является Ъ характерным для всех направленных ответвителей с двумя плоскостями "./~ г симметрии. рг Прн практической реализации в , ~ ь~.х центр щелевого моста обычно вводит- г †~~~ в(-~~-~ сн регулируемый по глубине погруже- ~,~ ~~;У ~,.~ иия настроечный штырь и осуществляется небольшое сужение волново- г у дов на участке их связи длиной ! (рис. 4.6). Этим достигается улучше- Рис. 4.6. Волноаодный щелевой мост нне качества согласования четырехполюсннкв синфазного возбуждения и, кроме того, появляется возможность регулировать коэффициент лелення моцшостн в небольших пределах. Шалевой мост при оптимально подобранных параметрах дополнительных элементов является довольно широкополосным, устройством и может быть использован в полосе частот, составляющей 1Π— 15тз' ог средней рабочей частоты. й 4.4. ТИПЫ НАПРАВЛЕННОСТИ ОТВЕТВИТЕЛЕИ Направленные ответвители образуют обширный класс укрупненных базовых элементов, используемых как при построении разветвленных трактов СВЧ, так и в различных измерительных устройствах.
Большинство иаоравленных ответвителей имеет плоскость симметрии, и поэтому подбор номиналов входящих в них элементов и анализ получающихся матриц рассеяния можно производить методом синфазного и противофазного возбуждения с использованием формул (4.8). В зависимости от того, между какими входами восьмиполюсника (рис. 4.4, а) достигается развязка, различают два типа направленности: типа 1 при развязке пар входов 1-2 и 8-4; типа 11 при развязке пар входов 1-4 и 2-8.
В принципе возможен также вариант развязки пар входов 1-8 и 2-4, однако, как правило, этот случай эквивалентен направленности типа 1 (с поворотом восьмиполюсника и перенумерацией входов). Рассмотрим каждый тип направленности. Направленность типа 1. Совместное выполнение условий согласования входов ответвителя з1 =лат=О и развязки ам=О, согласно формулам (4.8), эквивалентно равенствам рг+ =рз =рз+=рт = О; Й=ехр [ — 1(й + а<р/2)[, (4.9) т. е. для достижения направленности типа 1 оба парциальных четырехполюсника синфазного и противофазного возбуждения должны быть идеально согласованными и отличаться лишь фазамн коэффициентов передачи 1+ и 1 —. Разность фаз этих коэффициентов передачи бф=агд1=агп1+ называют дифференциальным фазовым сдвигом для волн, проходящих через согласованные парциальные четырехполюсники синфазного и противофазного возбуждения.
Примером реализации направленности типа 1 является щелевой мост, рассмотренный в примере $4.3. Направленные ответвители типа 1 относятся к соналравленным ответвителям, так как волна в линии передачи 2-4 (так называемая вторичная линия ответвителя) движется в ту же сторону, что и возбуждающая ее волна в первичной линии 1-8. Кроме того, направленные ответвители типа 1 являются квадратурными, т. е. фазовый сдвиг между выходными волнами ответвителя при возбуждении любого входа равен и/2.
В направленном ответвнтеле типа 1, как правило, имеется вторая плоскость симметрии (по крайней мере, электрической), проходящая между парами входов 1-8 и 2-4. Условия (4.9), определяющие направленность типа 1, можно переписать через элементы матриц А парциальных четырехполюсников. С помощью формул перехода (4,5) условие согласования парциальных четырехполюсников принимает вид (ае — с)е)+(6'— — се) =О. Отсюда с учетом вещественности элементов а и д и мнимости элементов б и с для реактивного четырехполюсника следует, что для направленности типа 1: аз=де, 5*=бе. Р!ри необходимости дифференциальный фазовый сдвиг также может быть выражен непосредственно через элементы матриц А+ и А —.
Направленность типа П. Совместное выполнение условий развязки йм =0 и согласования входов йи=йзз=О в соответствии с формулами (4.8) возможно только при выполнении равенств 1+=1 — и и р+ьз= — р-ьз. С учетом вида канонической матрицы рассеяния реактивного четырехполюсника (3.18) имеем См.=з!о тезз', р~~= ч- соз.с ем, р~д= Т сов Ф!зз — з з, (4.10) где т, 4Ч ~Рз — независимые вешественные паРаметРы, ооРеделЯ- ющие матрицу рассеяния реактивного четырехполюсника. Идеальная матрица рассеяния направленного ответвителя типа П прн выполнении условий (4.10) принимает вид 0 зл ~ ззз О + ззз=р~ =совкеl~; ззз О -'. О ззз — ззз=Ф+= з)п т ем °; езз О .
:'0 ззз ззз=рз+ = — соз к еу <Зз — з !. О ззз .: 'ззз 0 (4.11) Направленные ответвители типа П относятся к противонаправленным ответвителям, так как волна во вторичной линии передачи 2-4 движется в противоположную сторону по отношению к возбуждающей ее волне в первичной линии передачи 1-8. Если направленный ответвнтель типа П имеет вторую плоскость симметрии, проходящую между парамивходов1-2и84,тор~~=рте, чтоозначает ззз=зм н зрз=~рг+и/2, Следовательно, при наличии двух плоскостей симметрии направленный ответвитель типа П оказывается квадратурным. Если же второй плоскости симметрии нет, но подбором параметров парциальных четырехполюсников обеспечено равенство зр,=~рз, то направленный ответвитель типа П является синфазно-прогивофазным, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
