Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. Том 1 (1970) (1152176), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Обычно ее указывают в относительных единицах в виде отношения реактивной проводимости РиО 6 ~о дакии- диафрагмы к характеристической проводимости волновода Уо. Применение относительных единиц МЫ ТОНКИХ МО- е» при рассмотрении полных проводимостеи и полдиафрагм, изо ных сопротивлений будет пояснено в гл. 7. бражеиных на Пользоваться уравнением (6.33) для вычисле- Р"с 68 ния величины реактивной проводимости диафрагм нельзя в силу сугубо приближенного характера расчета.
Теория, учитывающая высшие типы волн, приводит к следующему более точному уравнению для расчета реактивной проводимости тонкой симметричной индуктивной диафрагмы: ~в 2~ -"а' В = — — с1д ~ — — отн. ед. И ~ 2 а В случае тонкой симметричной емкостной диафрагмы можно пользоваться уравнением 4Ь т~ Ь' '~ В = — 1п с~с — — ) отн. ед. ~в 2 Ь ) передающих линий.
Кроме того, диафрагмы разных типов нашли применение при построении волноводных фильтров и некоторых типов замедляющих систем (см. гл. 11). Реактивные диафрагмы О, Ю Р О~ О,г ОЗ О~ а5 аВ а,~ аВ аз Рис. 6Л1. Расчетные графики эквивалентной реактивной проводимости тонких симметричных емкостных диафрагм в прямоугольном волноводе при волне типа Н~о Л ОВ Рис. 6.12. Расчетные графики эквивалентной реактивной проводимости тонких симметричных индуктивных диафрагм 155 П В— ЛВ ~ФИИЕф ОФ 0,8 08 08 У,О ~2 У двляются важным элементом не только в радиотехнических устройствах, но и во многих типах электронных и газоразрядных приборов сверхвысоких частот.
Метод эквивалентных схем, использованный при рассмотрении диафрагм, может быть полностью применен для расчета друго,; типичной неоднородности — тонкой диэлектрической пластины, расположенной перпендикулярно оси волновода (см. рис. 5.10,б). Для участка волновода, содержащего диэлектрик с е>1 и имеющего неизменные размеры сечения, эквивалентное сопротивление Я~ на рис. 6.9 в соответствии с выражением (6.29) всегда меньше эквивалентного сопротивления Л, того же волновода, не заполненного диэлектриком. Поэтому, снова обращаясь к выражении (6.33), следует заключить, что эквивалентной схемой тонкой диэлектрической пластины является шунтирующая емкость, изображенная на рис.
6.10,б. Таким образом, при использовании диэлектрического «окна» а волноводе должна появиться отраженная волна. Отражение можно уменьшить, применяя диэлектрик с возможно меньшей % диэлектрической постоянной (Л, — У,) или уменьшая его толщи"ну д ~см. уравнение (6.33)1. Другим путем устранения отражения на заданной частоте является замена тонкого окна диэлектрической пластиной, толщина которой й равна половине длины волны ~, в волноводе, заполненном данным диэлектриком.
В самом деле, входное сопротивление отрезка линии без потерь длиною в половину волны всегда равно сопротивлению нагрузки. Благодаря этому входное сопротивление (Л„) йб на рис. 6.9,а будет в точности равно У, / независимо от величины 2,. Отражение волны от сечения аб будет отсутствовать.
Диэлектрические окна представляют интерес для герметизации различных участков волноводных трактов. Эта проблема будет обсуждаться более подробно в связи с рассмотрением важной разновидности неоднородностей в волноводах — резонансных окон.
ф 6.5. РКЗОНАНСНЫК ОКНА В волноводных устройствах, главным образом в электровакуумных приборах СВЧ, часто требуется тонкая перегородка в волноводе, позволяющая разделить его на две части — вакуумную и невакуумную, не нарушая распространения волны по волноводу. Перегородка выполняется обычно в виде тонкой диэлектрической пластины — окна, впаянного в металлическую рамку, которая в свою очередь спаивается с корпусом волновода. Форма окон может быть весьма разнообразной (см.
рис. 6.13). Смысл термина «резонансное окно» будет разъяснен позже. Обычно возникает вопрос, какой величины должны быть раз— меры а' и Ь' отверстия окна, чтобы волна проходила через него без отражений. Для определения а' и Ь' имеется только одно уравнение (6.36), поэтому следует заключить о неоднозначности решения для каждого фиксированного значения Х. Минимальный возможный размер а', удовлетворяющий условию согласования, равен, как нетрудно видеть, половине длины волны в свободном пространстве. В самом деле, левая часть уравнения (6.36) является действительной величиной.
Для того чтобы получить действительную величину в правой части, необходи= мо выполнить условие Х~ Х а'-' — — - О, откуда а' > —. При й = 2 величина Ь обращается в нуль. Зто значит, что Р в принципе отражение волны должно отсутствовать, если окно / l о имеет исчезающе малую высоту Ь и размер а, близкии к Другие возможные соотношения размеров а' и и,' также могут" быть получены из уравнения (6.36). Чем больше высота окна Ь', тем значительнее должна быть его длина а'. В пределе отверстие окна совпадает с сечением волновода а, Ь. Из уравнения (6.36) следует, что окно, имеющее фиксированные размеры а' и Ь' и обеспечивающее согласование (отсутствие отражения) при некоторой длине волны Х = Хо, оказывается не согласованным на другой волне Х'=Хо+ ЛХ.
Величина Хо, удовлетворяющая прохождению волны через окно без отражения, на основании уравнения (6.36) оказывается равной )О = 2а' Практика подтверждает результаты описанных расчетов. Опыт показывает, что уравнения (6.36) — (6.37) могут быть использованы для инженерного расчета простейших окон, не содержащих диэлектрика.
Это обстоятельство обычно истолковывается как подтверждение концепции эквивалентного сопротивления. Изменение коэффициента отражения волны в зависимости от Х показано на рис. 6Л5. Длину волны Хо, при которой имеется минимум отражения волны от окна, поставленного поперек волновода, называют резонансной длиной волны окна.
Соответственно окно, имеющее резонанс в пределах используемого диапазона волн, называют резонансным окнам. Зависимость, изображенная на рис. 6Л5, совпадает с изменением абсолютной величины коэффициента отражения в двухпроводной линии, содержащей параллельно включенный резонансный контур (рис. 6Л6,а). В самом деле, на резонансной длине волны контура (~ = Хю) его полное сопротивление при отсутствии потерь стремится к бесконечности. Шунтирующее действие контура и связанное с этим отражение в линии отсутствуют.
При Х~Хю и Х(Хю параллельный колебательный контур обладает соответственно индуктивной и емкостной проводимостью, возрастающей с увеличением расстройки. Отражение волны возрастает при этом в обе стороны от Хю. С акгидныма тяарями Рис. 6Л6. Эквивалентные схемы резонансного окна без потерь (а) и с потерями (о) Рис, 6.15. Характер отражения волны от резонансного окна в Волноводе Отмеченная аналогия позволяет использовать параллельный резонансный контур, изображенный на рис. 6Л6, а, в качестве эквивалентной схемы резонансного окна. Для наглядности прямоугольное окно, показанное на рис.
6Л4,а, можно мыслить как комбинацию индуктивной и емкостной диафрагм, наложенных друг на друга. Учитывая эквивалентные схемы диафрагм, рассматривавшиеся в ~ 6.4, приходим снова к эквивалентной схеме окна в виде параллельного резонансного контура. Наличие потерь в окне может быть учтено шунтирующей активной проводимостью 6, показанной на рис. 6Л6,6. Помимо указанных качественных соображений, существуют другие доводы в пользу трактовки резонансных окон в виде простого параллельного колебательного контура.
К этому вопросу придется вернуться при рассмотрении свойств полых резонаторов ъ гл. 9. Опыт показывает, что резонанс обеспечивают не только окна прямоугольной формы, но и окна, имеющие более сложную конфигурацию, в том числе двухщелевые и трехщелевые (рис. 6ЛЗ, о — д). Расчет резонансных окон сложной формы здесь не проводится. Если окно заполнено диэлектриком, то картина несколько усложняется. Присутствие диэлектрика в первом приближении можно учесть в выражении эквивалентного сопротивления волно- 159 вода, соответствующего рассматриваемому окну. Тогда условие согласования должно дать: где е и р — относительные диэлектрическая и магнитная проницаемости диэлектрика.
На основании выражения (6.38) можно сделать вывод, что минимальный размер окна а', удовлетворяющий согласованию на заданной волне Х, равен „- — Поскольку для обычных диэлек2~~ъ триков р = 1, то Ымин— 2 ~~ я Толщина окна сУ не входит в соотношения (6.38) и (6.39), равно как и в (6.36) — (6.37). Опыт подтверждает, что при е=1 (воздушное наполнение) толщина окна не влияет на его параметры.
В то же время оказывается, что параметры окна сильно зависят от толщины диэлектрика„если е+1. Поэтому расчет по уравнению (6.38) даже при строго прямоугольной форме отверстия дает лишь порядок величины размеров окна. К тому же на практике, как правило, окна имеют сложную конфигурацию. Поэтому рассматриваемая теория должна давать только качественные указания при разработке реальных вакуумноплотных окон,. б. Конструкции а применение резонансных окон Для практических целей резонансному окну придается специальная форма, удобная с точки зрения получения вакуумноплотных спаев.
Пример устройства одного из типов вакуумноплотных стеклянных резонансных окон, использумых в электровакуумных приборах СВЧ, показан в двух проекциях на рис. 6.17,а. Стекло, применяемое для запайки окон, должно иметь малые потери на СВЧ. Обычно для резонансных окон в отечественной промышленности используется стекло ЗС-9; в качестве материала рамки применяется ковар Н29К18. Вместо стекла находят применение слюда и керамика, Введение резонансного окна в волноводный тракт может привести к появлению пробоя в середине широкого размера окна со стороны невакуумной части тракта.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
