Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. Том 1 (1970) (1152176), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Прежде чем описать идею устройства этих специфических электровакуумных приборов, необходимо коротко рассмотреть принцип работы передатчика и приемника радиолокационной станции на общую антенну. Применение отдельных антенн для передатчика и приемника радиолокационной станции сопряжено с рядом неудобств (увеличение габаритов и веса, трудность быстрого синхронного движения антенн при обзоре и др.). Поэтому в современных станциях передатчик и Рис. 6.29. Последовательный и паралприемник используют, лельный реактивные шлейфы в волкак правило одну ан новоде и их приближенные зквивалент- Ф тенну. Это показано на рис.
6.30. Если передатчик возбуждается в импульсном режиме, то в момент его работы приемник должен быть отключен от антенны и от передатчика, а передатчик должен быть подключен к антенне. Это необходимо Лн~пенныи аереключаа~ель Рис. 6.30. Блок-схема импульсной радиолокационной станции при работе передатчика и при- емника на общую антенну для того, чтобы защитить приемник от перегрузки и обеспечить прохождение в антенну всей генерируемой высокочастотной мощпости. Наоборот, в режиме приема, т.
е. во время паузы между импульсами, передатчик должен быть отключен от антенны во избежание потерь принимаемого сигнала. Механические переключатели для указанных целей оказываются непригодными в силу их инерционности. В связи с этим разработаны и широко применяются антенные переключатели, использующие газоразрядные приборы СВЧ.
Обратимся к антенным переключателям ответвительного типа, в которых используются свойства последовательных и параллельных включений длинных линий. На рис. 6.31 приведена типичная Рис. 6.31. Схема ответвительного антенного переключателя при последовательном включении разрядника блокировки передатчика и параллельном включении разрядника защиты приемника Рис. 6.32. Схема ответвительного антенного переключателя с параллельно включенным разрядником блокировки передатчика и последовательно включенным разрядником защиты приемника схема ответвительного переключателя с двумя разрядниками, если в качестве высокочастотного тракта применяются отрезки обычных двухпроводных линий.
Разрядник Р1, называемый разрядником защиты приемника, включен параллельно в ветвь приемника на расстоянии — от точек разветвления аб. Разрядник Р2 4 обычно называется разрядником блокировки передатчика и включается на расстоянии — от точек разветвления. 2 При работе передатчика («режим высокого уровня мощности») в разрядниках Р~ и Р2 возникает высокочастотный разряд, что практически равноценно их короткому замыканию. Входное сопротивление ветви приемника в точках аб стремится к бесконечности, что в свою очередь эквивалентно отключению ветви приемника от точек аб. Вся мощность, генерируемая передатчиком, направляется в антенну.
Во время паузы между импульсами, когда разряд отсутствует и разрядник Р~ осуществляет практически полный разрыв линии («режим низкого уровня мощности»), входное сопротивление ветви передатчика в точках аб обращается в бесконечность независимо от величины «холодного» внутреннего сопротивления передатчика. Слабый отраженный сигнал, принимаемый антенной, без потерь и отражения поступает на вход приемника.
Кроме рассмотренного варианта, возможны другие схемы ответвительных антенных переключателей, отличающиеся способом включения разрядников защиты приемника и блокировки передат- и содержать в своем составе полые резонаторы. В этом случае резонансные разрядники оказываются узкополосными. При прохождении мощного импульса передатчика резонансные окна рассматриваемых разрядников закорачиваются разрядом, как бы дополняющим стенку волновода. В приемник просачивается очень малая часть мощности передатчика, обусловленная конечной проводимостью плазмы СВЧ разряда.
Для повышения качества защиты конструкция широкополосных разрядников защиты приемника обычно усложняется путем введения дополнительных разрядных промежутков. Пример такой конструкции будет показан в ~ 8Л2 в связи с вопросом полосовых волноводных фильтров. Физические процессы, происходящие в резонансных разрядниках, представляют большой интерес. Этот вопрос, однако, выходит за рамки данной книги и рассматривается во второй части курса, посвященной электровакуумным приборам сверхвысоких частот. Здесь следует лишь напомнить, что резонансные разрядники непосредственно входят в состав высокочастотного тракта и могут являться составными частями волноводных Е- и Н-тройников. При рассмотрении проблем, связанных с разработкой антенных переключателей, большую помощь оказывает метод эквивалентных схем.
ф 6.8. ДВОЙНОЙ ВОЛНОВОДНЫЙ ТРОЙНИК Рассмотрим четырехплвчее волноводное разветвление, показанное на рис. 6.34. Соединение образовано тройником в плоскости Е и тройником в плоскости Н, имеющими общую плоскость симметрии. Предполагается, что в рассматриваемом диапазоне частот по волноводам может распространяться Ф только волна низшего типа Н~о. Качественный анализ свойств двойного тройника можно провести, зная свойства Е- и Н-тройников. Пусть в плечах 1 и 2 двойного тройника ~рис. 6.34) включены два равноотстоящих когерентных генератора, работающих синфазно. Тогда в плоскости спмРис.
6.34. Двойной волноводный тройник метрии тройника будет существовать максимум электрического поля; энергия будет ответвляться только в плечо 8 (Н-плечо). В Е-плечо энергия поступать не будет. Следовательно, по принципу взаимности, если включить генератор в плечо 8, то в 1 и 2 плечах будут распространяться синфазные волны. Передачи энергии из плеча 8 в плечо 4 не должно происходить. Таким образом, плечи 8 и 4 оказываются «развязанными», т.
е. связи между ними нет. Можно доказать, что при возбуждении двойного тройника через плечо 1 энергия будет делиться между 174 плечами 3 и 4; связи с плечом 2 не происходит. Вообще развязанными оказываются любые два противоположные плеча двойного тройника. Практически, разумеется, за счет неизбежно присутствующей асимметрии изоляция противоположных плеч двойного тройника не является идеальной. Реально достижимая развязка составляет обычно от ЗО до 50 дб. Условием связи между плечами 8 и 4 при возбуждении, например, со стороны плеча 8 является существование узла электрического поля в плоскости симметрии тройника. Этому можно удовлетворить лишь при условии существования отраженных волн в плечах 2 и 1.
Фазы отражения в плечах 2 и 1 не должны быть одинаковыми. Наибольшая (полная) связь плеч 8 и 4 достигается при размещении в плечах 1 и 2 короткозамыкающих поршней, расстояние от которых до плоскости симметрии тройника отличается на четверть длины волны в волноводе. В этом случае обеспечивается разность хода волн, пришедших в плоскость симметрии после отражения от поршней, равная 180'. Поэтому отраженные волны не могут пройти обратно в плечо 8 и ответвляются и плечо 4. Рис. 6.35. Схема применения двойного волноводного тройника в качестве моста для измерения полных сопротивлений и прово- димостей при сверхвысоких частотах Перечисленные свойства позволяют сделать вывод, что двойной волноводный тройник подобен обычной мостовой схеме. Исг ользование двойного тройника в качестве моста для измерения сопротивлений на сверхвысоких частотах иллюстрируется рисунком 6.35.
Измерительный генератор включен в плече 8. В плече 4 включен индикатор, указывающий на наличие высокочастотного сигнала в этом плече. Если в плечах 1 и2 включитьдве нагрузки, обладающие совершенно одинаковыми характеристиками, то 375 отраженные от них волны не могут пройти в плечо 4. Индикатор дает при этом нулевое показание. Наличие сигнала в плече 4 является указанием на неидентичность (разбаланс) нагрузок в плечах 1 и 2.
Если одна из нагрузок является эталонной, то легко производить сравнение ее с неизвестной нагрузкой, пользуясь индикатором в плече 4. Функции этого индикатора оказываются, таким образом, сходными с функциями индикатора в диагонали обычной низкочастотной мостовой схемы. Схема, показанная на рис. 6.35, находит широкое практическое применение, в частности, при «холодных» измерениях в процессе разработки и при промышленном выпуске некоторых типов электровакуумных приборов СВЧ.
Двойные волноводные тройники находят применение в ряде других типов сверхвысокочастотной аппаратуры. К их числу относятся системы стабилизации частоты генераторов СВЧ, регулируемые трансформаторы полных сопротивлений, балансные смесители и др. Некоторые замечания по этому вопросу см. в ~ 7.8 и 8.10. ф 6,9.
ПРОЧИЕ НЕОДНОРОДНОСТИ В ВОЛНОВОДК Примером неоднородности, имеющей большое практическое значение, является металлический стержень (штырь), введенный в волновод через широкую стенку (рис. 6:36, а). Такой штырь Рис. 6.36, Штырь в прямоугольном волноволе и его эквивалентные схемы можно представить образованным из смешанного коаксиально-волноводного тройника путем закорачивания коаксиальной линии.
С учетом эквивалентной схемы смешанного тройника, имея в виду, что потери в штыре отсутствуют, следует заключить, что эквивалентной схемой штыря является шунтирующая реактивная проводимость, показанная на рис. 6.36, б. Теория показывает, и опыт подтверждает, что при длине штыря ~ < — и его диаметре д, много меньшем — ' реактивная проводимость имеет емкостный характер. Физически существование емкости легко объяснить, рассматривая структуру электрического поля вблизи штыря на рис. 6.36, в. В случае большой длины штыря необходимо учесть его индуктивность.
Уточненная эквивалентная схема штыря показана на л рис. 6.36, г. При длине штыря, близкой к 4, происходит резонанс последовательного типа; волновод оказывается закороченным. Дальнейшее увеличение длины штыря приводит к тому, что его эквивалентная реактивная проводимость приобретает индуктивный характер. Реактивный штырь находит применение в согласующих устройствах, описываемых в гл. 7 и 8. Далее, комбинируя реактивный штырь с индуктивной диафрагмой, как показано на рис. 6.37, можно получить настраиваемый параллельный контур. Емкость создается штырем, длина которого выбирается ме- Х ~гактИный нее —; индуктивность контура ЮЮд/б'6 создается индуктивной диафрагмой.
Такое устройство называется резонансным зазором. В отличие от резонансного окна, обладающего примерно та- Ин3уктидная кими же свойствами, резонанс- АйУД7Уй'ГФю нУю ДлинУ волны зазора. мож- Рис 637 Ус ойство и ак ива-но легко перестраивать, регу- лентная схема резонансного залируя глубину погружения зора штыря в волновод. Вместо одного штыря в резонансном зазоре часто применяют два симметрично расположенных соосных штыря, общая реактивная проводимость которых имеет емкостный характер (рис. 6.38, а). Штырям иногда придают форму усеченных конусов, изображенных на рие.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
