Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. Том 1 (1970) (1152176), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Для устранения пробоя необходимо применять наибольшие возможные размеры окна, удовлетворяющие условию (6.38). Из таких соображений и выбирают 160 обычно размеры резонансных окон, используемых в выводах энергии мощных ламп и для герметизации волноводных трактов. Необходимо отметить попутно, что чем больше размеры отверстия окна, тем меньше его частотная селективность и меньше потери в диэлектрике.
Последнее связано с тем, что при увеличении размеров отверстия сильно снижается напряженность электрического поля в окне и, следовательно, резко уменьшается мощность диэлектрических потерь, пропорциональная квадрату напряженности Е. д) 1 .У 2 Рис. 6.17. Устройство некоторых типов окон, используемых в электровакуумных приборах СВЧ: 1 — вакуумная часть волновода; 2 — невакуумная часть; 3 — диэлек- трик; 4 — индуктивная диафрагма; 5 — металлическая рамка окна На рис. 6Л7,б показано резонансное окно, у которого высота сделана равной высоте волновода б. Для компенсации отражения от диэлектрической пластины, имеющей емкостную реактивную проводимость, на ее поверхность припаяна металлическая индуктивная диафрагма.
Иногда идут по другому пути и, не применяя компенсирующую индуктивную диафрагму, увеличивают размеры поперечного сечения волновода в том месте, где располагается диэлектрическая пластина*. Такой вид окна, изображенный на рис. 6Л7, в,используется при конструировании волноводных выводов энергии некоторых особо мощных генераторов и усилителей СВЧ диапазона. При разработке выводов энергии сверхмощных электронных приборов находят применение наклонные и конические окна, схематически показанные на рис.
6Л7,г,д. Существенную роль здесь играют проблемы широкополосности (малости отражения в широкой полосе частот,— порядка 5 — 15% от средней частоты) и хорошего теплоотвода. Некоторые трудности возникают в связи ' В области расширения может использоваться волновод круглого сечения, возбуждаемый на волне типа Н1~. $1 и. в. лебедев с появлением на поверхности диэлектрика резонансного вторично- электронного разряда в вакууме, приводящего иногда к выходу окна из строя. Резонансные окна удается использовать также для создания специальных типов газоразрядных приборов СВЧ диапазона— резонансных разрядников.
Рассмотрим для примера отрезок волновода с двумя резонансными окнами, изображенный на рис. 6.18. Между этими окнами созда- 7 ~ ~ 3 но разрежение, способствующее возникновению высокочастотного разряда. Ж При передаче по волно- воду большой мощности на — -~ — — 1 Г ~~ внутренней поверхности а,) входного окна 2 развивается высокочастотный разряд, за- Е ! крыв ающий окно проводя- .3 — — — щей пленкой плазмы. В результате волна, падающая па окно, отражается почти так же, как если бы на ее Г пути находилась металличед~ ская поверхность (рис. 6Л8, а) . Однако за счет коРис 6.18 Использование резонан- нечной проводимости разсного окна в качестве разрядного рядной плазмы происходит 1 — вакуумноплотный волновод 2 — вход НЕКотОРОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ МОЩ- ное резонансное окно (разрядный проме ности падающей волны.
Окжуток) 3 — выходное резонансное окно 4 5 — невакуумные волноводы б — разре НО НаГРЕВаЕтСЯ, ЧтО МОжЕт женный газ 7 — область СВЧ разряда, привести даже к выходу его из строя. Для уменьшения потерь в разряде и для обеспечения целостности окна приходится ограничивать размеры разрядного промежутка, т. е. отверстия, заполненного диэлектриком, несмотря на сужение рабочей полосы частот резонансного окна. Если мощность, передаваемая по волноводу, недостаточна для зажигания в окне высокочастотного разряда, то волна проходит без отражения через оба резонансных окна 2 и 8, как показано на рис.
6.18, б. Тем самым осуществляются два резко различающихся режима работы волноводного резонансного разрядника. Появление того или иного режима (с разрядом или без разряда) зависит от уровня проходящей мощности, Подобные газоразрядные устройства широко используются в высокочастотных трактах радиолокационных станций в качестве автоматических переключателей, реагирующих на величину мощности и обеспечивающих работу передатчика и приемника на одну общую антенну. Несколько подробнее об этом будет сказано в ~ 6.7. $62 В заключение следует отметить, что для герметизации устройств связи в электровакуумных приборах СБЧ находят применение не только резонансные окна, но и реактивные диафрагмы, запаянные диэлектриком (большей частью стеклом) .
Устройство таких диафрагм по существу не отличается от устройства вакуумноплотных резонансных окон. Однако размеры отверстия, которому обычно из технологических соображений придается круглая форма, не соответствуют условию резонанса в рабочем диапазоне частот. Прохождение волн через такие окна значительно ослаблено за счет отражения. Как правило, диаметр подобных нерезонансных окон выбирают таким, чтобы резонансная частота окна лежала много выше рабочей частоты.
Поэтому эквивалентной схемой окна является шунтирующая индуктивность, как и для обычных индуктивных диафрагм. Нерезонансные окна могут использоваться в качестве элементов связи некоторых типов газоразрядных приборов сверхвысоких частот, а также в некоторых выводах энергии. 6 6. ВОЛНОВОДНЫЕ РАЗВЕТВЛЕНИЯ Одним из часто встречающихся видов неоднородностей является разветвление волновода. Простейшими разветвлениями являются волноводные тройники, показанные на рис. 6.19.
Ограничимся, как и в предыдущих разделах, рассмотрением прямоугольных волноводов, по которым в рабочем диапазоне частот может распространяться только низший тип волны Н~0. Рис 619. Простейшие случаи разветвления волно- водов в плоскостях Н и Е Если плоскость разветвления совпадает с плоскостью, в которой лежит магнитная силовая линия волны Н10, то такой тройник называется тройником в плоскости Н или, сокращенно, Н-тройником (рис. 6.19,а). Соответственно тройник, разветвление которого лежит в плоскости электрического вектора, называется тройником в плоскости Е или Е-тройником (рис. 6.19,6).
В зависимости от угла у, под которым происходит разветвление волноводов, различают 90- и 120-градусные Е- и Н-тройники, а также другие типы разветвлений. Не останавливаясь на проблеме точного расчета тройников методами теории поля, обратимся к их основным свойствам и эквивалентным схемам. При дальнейшем рассмотрении на время отвлечемся от высших типов волн, неизбежно присутствующих в области разветвления, и проследим распространение только волны типа Н10.
дпа~~Ьдй Е б) Рис 6.20, Ответвление волн в боковое плечо Е-тройника при возбуждении двумя когерентными генераторами, на- ходящимися в равноотстоящих плоскостях АА и ВВ Для выяснения законов, по которым происходит распространие волны в разветвлении, воспользуемся известным в оптике принципом Гюйгенса. Обратимся сначала к тройнику в плоскости Е. Пусть в плоскости АА плеча 1, показанной на рис. 6.20,а, расположен генератор, возбуждающий в волноводе волну типа Н1о. Рассмотрим последовательные положения одного и того же волнового фронта через равные промежутки времени при распространении волны в направлении слева направо. На рис.
6.20 волновой фронт совпадает с вектором Е. Согласно принципу Гюйгенса, для построения нового волнового фронта необходимо принять каждую точку исходного волнового фронта за источник сферической волны и найти огибающую поверхность ко всем элементарным сферическим волнам. Применяя этот принцип, получаем изгиб волнового фронта в области разветвления Б-тройника, как показано на рис. 6.20,а. При построении волновых фронтов следует учитывать граничные условия, исключающие существование тангенциальной составляющей электрического поля на стенках волновода.
На рис. 6.20,6 проведено аналогичное построение для случая возбуждения того же тройника из плеча 2 генератором, находящимся в плоскости ВВ. Отметим, что полученные картины волно- $64 вых фронтов не следует смешивать со структурой поля, существу- ющей в тройнике в фиксированный момент времени. Далее рассмотрим одновременное возбуждение тройника в пло- скостях АА и ВВ, расположенных в плечах 1 и 2 на равных расстояниях от оси симметрии тройника.
Пусть воображаемые генераторы в плоскостях АА и ВВ являются когерентнымп, име- ют одинаковую мощность и работают строго синфазно. Тогда в боковое плечо 8 обе волны приходят в противофазе, в чем не- трудно убедиться, наложив рисунок 6.20, а на 6.20, б. Происходит Ток полная интерференция, в результате чего энергия не поступает 1 ~/ в боковое плечо 8. В основном волноводе при этом существуют ! 2 две волны с одинаковыми амплиа тудами, бегущие в противоположных направлениях. Это означает, что в основном волноводе имеется чисто стоячая волна.
В плоскости 8 симметрии тройника обе волны Рис. 6.2Е Эквивалентная схе- всегда синфазны, в силу чего в ма волноводного Е-тройника. этой плоскости находится макси- При фазе стоячей волны, по- мум стоячей волны напряженно- казанной в основной линии, сти электрического поля. ответвления энергии в плечо 8 не происходит Получив подобный результат, можно отвлечься от условий возбуждения волн и констатировать: в боковое плечо 8 энергия не поступает, если в плоскости симметрии тройника находится максимум стоячей волны вектора Е. Повторим такое же рассуждение при противофазном возбуж- дении воображаемых когерентных генераторов.
Нетрудно уста- новить, что максимуму ответвления энергии в боковое плечо Е- тройника соответствует случай, когда в плоскости симметрии тройника находится минимум стоячей волны поля Е. Рассмотренные условия ответвления волны позволяют сделать вывод о приближенной эквивалентной схеме Е-тройника. Свойст- вами, сходными со свойствами Е-тройника, обладает последова- тельное соединение двух двухпроводных линий, изображенное на рис. 6.21.
В самом деле, допустим, что в основной двухпроводной линии существует стоячая волна, причем боковое ответвление находится в пучности напряжения. Тогда в том же сечении основ- ной линии имеется узел высокочастотного тока. Ба зажимах аб, к которым подключена боковая ветвь, высокочастотный ток равен нулю независимо от нагрузки в боковом плече. 3нергия в боковое плечо не ответвляется, Таким образом, в качестве упрощенной эквивалентной схемы иолнов одного Е-тройника следует принять последовательное Уапрюсе~ше 165 соединение двухпроводных линий.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
