Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. Том 1 (1970) (1152176), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Поэтому эквивалентное сопротивление часто записывают в относительных единл" цах, полагая — '' = 1. ~о Эксперименты подтверждают, что стык двух волноводов не дает отражения при равенстве эквивалентных сопротивлений, рассчитанных по уравнению (6.29) или (6.26) — (6.28). Так, неоднородность типа «ступеньки», изображенная на рис. 6.5,6, является практически неотражающеи, если размеры сечения сопрягаемых волноводов удовлетворяют условию Я„= Я,з . Поэтому эквивалентное сопротивление Я, можно рекомендовать для инженерных расчетов сопряжения волноводных трактов*. Примеры применения таких расчетов см.
в ~ 6.5 и в гл. 7. Следует помнить, что понятие эквивалентного сопротивления было введено только применительно к волноводу прямоугольного сечения, возбужденному на волне типа Н1о. Для других форм сечения волновода или для других типов волн аналогичное понятие обычно не используется. Вопрос о границах применения характеристического и эквивалентного сопротивлений можно решить следующим образом. Характеристическое сопротивление Лте или Хтм является более общим понятием, чем эквивалентное сопротивление. Вводить эквивалентное сопротивление в большинстве случаев нет необходимости. Исключение составляет сопряжение волноводов с разными размерами поперечного сечения. Поэтому в дальнейшем большей частью будет использоваться понятие характеристического сопротивления. В литературе нередко употребляются термины «волновое сопротивление волновода», «сопротивление волновода» и др., обозна- * Небольшое отражение все же возникает за счет полей высших типов волн, локализованных вблизи ступеньки.
На эквивалентной схеме присутствие высших типов волн может быть учтено включением небольшой шунтирующей емкости. Такой же эффект наблюдается и на стыке двух коаксиальных линий. 148 чаемые через У, Л0, Л, и т. д. Часто используются обратные величины — характеристические проводимости, обозначаемые через, ~ О.
При этом имеется в виду характеристическое сопротивление, определяемое по уравнениям (6.14) и (6Л5), или соответствующая характеристическая проводимость. Методика расчетов длинных линий, базирующаяся на понятиях характеристического и эквивалентного сопротивлений, в на-- стоящее время детально разработана с применением специальных круговых диаграмм, рассматриваемых в гл. 7. 5 6.3. СОГЛАСОВАНИЕ, ХОЛОСТОЙ ХОД И КОРОТКОЕ ЗАМЫКАНИЕ ВОЛНОВОДА Соображения, изложенные в предыдущем разделе, позволяют рассматривать волновод, возбужденный на волне одного типа, в виде эквивалентной двухпроводной линии. В качестве волнового сопротивления этой линии можно использовать характеристическое или, в специальных случаях, эквивалентное сопротивление реального волновода.
Представляет интерес вопрос, можно ли осуществить в волноводе режимы, наиболее часто встречающиеся в длинных лини-- ях,— режимы согласования, короткого замыкания и холостого хода. Условием короткого замыкания длинной линии является равенство нулю высокочастотного напряжения в некотором сечении линии и отсутствие поля за плоскостью короткого замыкания. В волноводе, казалось бы, достаточно ограничиться замыканием проводящим стержнем или решеткой, ориентированной по направлению силовых линий электрического поля.
Однако за счет появления нераспространяющихся высших типов волн имеет место некоторая связь с участком волновода, расположенным по другую сторону решетки. Поэтому для получения надежного короткого замыкания следует поперек волновода располагать сплошную металлическую перегородку, имеющую хороший контакт с его стенками.
Такая перегородка не возбуждает никаких других типов волн, если ее плоскость точно совпадает с фронтом волны, т. е.перпендикулярна оси волновода. Короткозамыкающую пластину можно выполнить в виде передвижного поршня. В этом случае отрезок короткозамкнутого волновода уподабливается короткозамкнутому двухпроводному шлейфу, показанному на рис.
6.6. Потери в поршне могут быть сделаны пренебрежимо малыми (см. ~ 8.1) . Перед поршнем в волноводе устанавливается стоячая волна; коэффициент отражения приближается к единице. Таким образом, режим короткого замыкания волновода весьма сходен с коротким замыканием обычной двухпроводной линии. Естественно, что такое устройство должно содержать поглощающие элементы, в которых энергия электромагнитного поля превращается в тепловую энергию. Конструкции абсорберов или, как их обычно называют, волноводных согласованных нагрузок, будут рассмотрены в гл.
8. Здесь же уместно отметить, что всякий идеальный волноводный абсорбер может быть опи- ум сан простой эквивалентной схемой в виде двухпроводной линии и сосредоточенного активного сопротивления, равного характеристическому (волновому) сопротивлению линии, как показано на рис. 6.7. Такой же схемой можно описать любую идеальную передающую антенну, связанную с волноводом, поскольку она обеспечивает излучение всей энергии падающей волны. Действительно, волноводный рупор, обес- волнонодиого абпечивающий согласование волновода со свобод- соРбоР ( ным пространством, физически полностью эквивалентен длинной линии, работающей на от его констру, согласованную нагрузку. ции ф 6.4.
ДИАФРАГМЫ В ВОЛБОВОДЕ Обратимся к неоднородностям в прямоугольном волноводе, которые имеют вид идеально проводящей перегородки, частично перекрывающей сечение волновода и расположенной перпендикулярно к его оси. Рассмотрим два простейших типа таких перегородок — диафрагмы, показанные на рис. 6.8. Положим, что толщина диафрагм д много меньше длины волны в волноводе, но много больше глубины проникновения поля в металл.
По волноводу может распространяться только волна низшего типа Н1о. Очевидно, что в непосредственной близости к диафрагме в волноводе могут существовать поля высших типов волн, затухающие по мере удаления от неоднородности, поскольку размеры сечения волновода удовлетворяют рассмотренным условиям: Х >>~> 2, 2 >~>0 Рассмотрим сначала диафрагмы с качественной точки зрения, пользуясь концепцией эквивалентного сопротивления. Диафрагму будем рассматривать, как короткий отрезок волновода, размеры сечения которого отличаются от размеров основного волновода. Тогда волновод с диафрагмой можно представить в виде эквивалентной схемы, показанной на рис.
6.9,а. Зта схема состоит из трех участков длинных линий с эквивалентными сопротивлениями Е, и Е,'. Строго говоря, поля диафрагм не могут быть полностью учтены эквивалентными сопротивлениями, поскольку это понятие применимо к однородным волноводам при волне типа Н1о. Позтому отсюда нельзя получить точную формулу для расчета диафрагм, хотя качественная картина и может быть достаточно достоверной. Зквивалентное сопротивление для основного волновода с воздушным наполнением в соответствии с уравнением (6.29) имеет зид (6.30) При сужении широкого размера сечения волновода (рис. 6.8,а) Г имеем: а' <а; 2, >Л,. Для диафрагмы, изображенной на рис.
6.8,б, э Мелалл Рис. 6.8. Про стейтпие симметричные диафрагмы в прямоугольном волноводе Рис. 6.9. Преобразования эквивалентной схемы тонкой диафрагмы в волноводе Попытаемся свести полученную зквивалентную схему диафрагмы к схеме с сосредоточенными постоянными. Произведем последовательные преобразования, пользуясь методами, применяемыми в теории обычных длинных линий. Входное сопротивление в точках аб (рис. 6.9,а) по уравнению входного сопротивления линии (1Л) выражается так: ~ вх аб ~'э ~э +-~~э тЙ ~ Через р' обозначена фазовая постоянная в линии, соответствующей диафрагме.
При малой толщине диафрагмы можно (6.35) Для удобства практического применения результаты расчета тонких симметричных диафрагм приведены в виде графиков на рис. 6.И и 6Л2. Более сложными являются эквивалентные схемы и расчет диафрагм конечной толщины Й. Однако в первом приближении и в этом случае можно исходить из расчета бесконечно тонких диафрагм, если вместо размеров а' и Ь' в уравнениях (6.34) и (6.35) подставить соответственно (а' — с~) и (Ь' — Ы). Одно из назначений диафрагм — трансформаторы полных сопротивлений (полных проводимостей) в волноводных линиях СВЧ.
Такое применение индуктивных и емкостных диафрагм рассматривается в гл. 7, посвященной вопросам согласования и Ь' у диафрагм, тем больше величина их реактивной проводимости и тем сильнее отражение волны от диафрагмы. С физической точки зрения полученные результаты представляются естественными. Чисто реактивный характер проводимости диафрагм следует из отсутствия активных потерь в диафрагме и в стенках волновода. Можно объяснить и полученные знаки реактивной проводимости диафрагм. В самом деле, индуктивная диафрагма влияет в основном на высокочастотное магнитное поле при волне типа Н1О. Наоборот, емкостная диафрагма вызывает 4 концентрацию электрического высокочастотного поля волны Н1р, что в обычной линии равноценно действию емкости. Выражать реактивную проводимость диафрагм О в абсолютных единицах (1/ом) нецелесообразно.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
