Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. Том 1 (1970) (1152176), страница 27

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 27)

6.38, 6. Вместо индуктивных диафрагм могут быть использованы два металлических стержня, расположенные по обе стороны оси волновода, как показано на рис. 6.38, в. Рис. 6.38. Варианты конструкций резонансных зазоров Из рис. 6.38, г и 6.13, д видно, что между резонансным зазором и резонансным окном не существует принципиальных различий. Имеются промежуточные конфигурации, сходные как с резонансным окном, так и с резонансным зазором. $2 и. в. лебедев Резонансные зазоры находят большое применение в волноводных полосовых фильтрах. Кроме того, резонансные зазоры применяются в широкополосных разрядниках защиты приемника, где они играют роль чувствительных разрядных промежутков.

Высокочастотный разряд, возникающий между концами стержней илж конусов, закорачивает зазор и обеспечивает отражение падающей: волны. В сравнении с разрядным промежутком, выполненным~ в виде резонансного окна, резонансный зазор пробивается при значительно меньшей высокочастотной мощности. Это обстоятельство, а также возможность точной настройки на требуемую длину. волны делают резонансный зазор необходимой составной частью. многих газоразрядных приборов сверхвысоких частот. Рис.

6.39. Изгиб в плоскости Е, скрученный волновод и волновод- ный излом в плоскости Н В высокочастотных трактах часто встречаются неоднородности,. получающиеся в результате изгиба, скручивания или излома вол-- новода (рис. 6.39). В этих случаях также применимы эквивалентные схемы в виде однородных двухпроводных линий с включенными в них сосредоточенными реактивными сопротивлениями. Обычно требуется так подобрать размеры волновода в области, изгиба или излома, чтобы отражение волны от неоднородности было минимальным. Правильнее всего исключить резкие неоднородности и обеспечить плавную деформацию стенок волновода. Так, изгиб с радиусом средней линии порядка 3 — 5 длин волн в волноводе и более практически не вносит отражения в линию. Для уменьшения габаритов вместо изогнутых волноводов используют изломы, размеры и форма которых подбираются экспери-- ментальным путем. Удается получать изломы, отражение от которых весьма мало в достаточно широком диапазоне волн.

То же самое можно сказать о плавных конических переходах,. позволяющих сопрягать волноводы с различными размерами поперечного сечения или, например, прямоугольные волноводы с. круглыми волноводами (см. рис. 5.5). Обычно длина таких переходов выбирается достаточно большой, чтобы обеспечить условия„ 178 близкие к условиям распространения волны по однородному регулярному волноводу.

Помимо описанных наиболее часто встречающихся неоднородностей, на практике приходится сталкиваться с другими неоднородностямк или с различными комбинациями неоднородностей. К их числу относятся диафрагмы и штыри, расположенные в волноводных тройниках, щели, связывающие различные волноводы, и т. д. Соответствующие эквивалентные схемы и их параметры можно найти в справочной литературе ~281 Проведенное рассмотрение неоднородностей позволяет сделать несколько общих выводов. Рис. 6.40.

Пример сложной неоднородности (а) и ее общая эквивалентная схема для дальней зоны (б). Пояснения к обозначениям см. в 5 7.8 По отношению к дальней зоне любые неоднородности в передающих линиях СВЧ, не содержащие источников колебаний, могут быть представлены на эквивалентной схеме в виде пассивного 2 и — полюсника, к которому подходят п двухпроводных передающих линий. Если по волноводам может распространяться волна только одного типа, то, как показано на рис. 6.40, число эквивалентных двухпроводных линий равно числу реально существующих волноводов, соединенных с рассматриваемой неоднородностью.

В наиболее простом и вместе с тем чаще всего встречающемся случае неоднородность не содержит нелинейных или невзаимных элементов. Потерями в стенках неоднородности и волноводаможно для простоты пренебречь. Тогда эквивалентная схема многополюсника, изображенная на рис. 6.40, должна содержать линейные чисто реактивные сосредоточенные сопротивления и проводимости. Метод эквивалентных схем дает особенно хорошие результаты при разработке и расчете разветвленных высокочастотных трак-тов, содержащих большое число различных неоднородностей. Пользуясь эквивалентными схемами, удается решать такие задачи с помощью матричной алгебры, детально разработанной в теории цепей.

Следует иметь в виду, однако, что при близком взаимном расположении неоднородностей (в пределах ближней зоны, где нельзя пренебречь полями нераспространяющихся высших типов волн) между ними может происходить взаимодействие, не вытекающее из эквивалентной схемы*. Наиболее надежным путем в таких случаях является эксперимент. Некоторые вопросы измерения параметров неоднородностей рассматриваются в гл. 7. В заключение следует упомянуть об одном интересном методе обнаружения неоднородностей в волноводных линиях, основывающемся на применении весьма коротких зондирующих импульсов.

По этому методу в исследуемый волновод подаются высокочастотные сигналы от импульсного генератора, длительность которых составляет несколько наносекунд. По времени прихода отраженных сигналов и по пх амплитуде можно визуально судить о расположении и о характере неоднородностей. Разрешающая способность, т. е. возможность различать две близко расположенные неоднородности, зависит от длительности зондирующего импульса. Полагая для примера групповую скорость в волноводе равной 0,8с ~см.

~ 2.6), нетрудно найти, что при длительности импульса в 2 нсек два отраженных импульса начинают сливаться, если расстояние между неоднородностями равно 24 см. Этот метод, сходный с обычными методами радиолокации, применяется при исследованиях передающих линий сантиметрового и в особенности миллиметрового диапазонов волн. ~ Протяженность ближней зоны, где взаимодействие неоднородностей носит сложный характер, на практике можно считать порядка Х,/4. Однако структуру поля волны низшего типа можно считать достаточно «чистой» лишь на расстоянии порядка 1 — 2 длин волн в волноводе от неоднородности.

Глава седьмая СТОЯЧИЕ ВОЛНЫ И СОГЛАСОВАНИЯ $7.1. КОЭФФИЦИЕНТ ОТРАЖЕНИЯ И СВОЙСТВА СТОЯЧИХ ВОЛН ~ — ~~пад + нотр~ ~ ~пад + нотр~ где с ~ нотр Л'с Через Л, обозначено характеристическое сопротивление рассматриваемой линии. Эти выражения можно переписать в виде ~l = (/„„1+ 0пад (7.1) у пад нотр ~ с ~пад (7.2~ Волноводные линии, включая волноводы, содержащие неоднородности, могут быть при некоторых ограничениях представлены эквивалентными схемами. В предыдущей главе были найдены упрощенные эквивалентные схемы в виде последовательных и параллельных соединений, емкостей и индуктивностей, параллельных и последовательных контуров и др. В связи с этим дальнейшее рассмотрение режимов сложных волноводных цепей в дальней зоне можно свести к задаче с двухпроводными линиями и сосредоточенными сопротивлениями или проводимостями.

Теория обычных длинных линий, как и теория линейных цепей с сосредоточенными постоянными, хорошо известна из курса теоретических основ электротехники Г1„2, 31. Воспользуемся лишь некоторыми положениями этой теории для инженерных расчетов эквивалентных схем в диапазоне СВЧ. В случае однородной длинной линии без потерь ток и напряжение в каждой точке линии можно представить в виде суммы падающей и отраженной волн: На конце линии, где включено сопротивление нагрузки Я„, напряжение и ток равны нотр ~н = К~ад.н 1+ ~пад н у ~пад.

н нотр 1— ~с Упад н Отношение напряжения отраженной волны к напряжению падающей волны на нагрузке называется коэффициентом отражения* и обозначается буквой Г. Величина Г в общем случае является комплексной: нотр Спад н (7.3) Подставляя выражение (7.3) в соотношения (7.1) и (7.2) „ получаем: У„= У.„. н (1+1"); У„= ~'" (1 —.Г). Деля первое уравнение на второе, получим в левой части сопротивление нагрузки: 2 =Л н с 1 у~ откуда у- ~н ~с ~н+ "-с Уравнение (7.4) играет очень важную роль в расчетах длинных линий.

Выразим напряжение и ток в произвольном сечении линии через напряжение на нагрузке, располагая начало координат г в плоскости нагрузки: с С * Иногда в литературе используется несколько иное понятие коэффи.Циента отражения, а именно отношение ротр~Ц„д в данной точке линии.

Здесь это определение применяться не будет. 182 2ж ~~в обп~ем случае —. При изменении ~ на 2 отрезок 1Г ~ поворачива~в ется на 360', поскольку фаза (~р — 2~г) в соотношениях (7,9) и (7.10) меняется ровно на 2й. Модули напряжения и тока периодически меняются вдоль линии, образуя стоячую волну. При этом фазовый угол ф между напряжением и током, показанный на рис. 7.2, изменяется в огра.ниченных пределах, дважды проходя через нуль на отрезке дли- четые г 03еличини г Рис. 7.1.

Векторные диаграммы, иллюстрирующие уравнения (7 9) и (7ЛО) Рис. 7.2. Совмещенная векторная диаграмма напряжения и тока в однородной длинной линии без по- терь Рис. 7.3. Различные режимы распределения напряжения в передающей линии без потерь, отличаю щиеся величиной козффициента отражения лв ной ~ . Из треугольника В.ЕК на рис. 7.2 при произвольном изме- нении г имеем: ВЕ = ~1 ~ сов (~ — 2~~); ЕК = ~ ~ ~ ~1п (9 — 2~~) Отсюда, рассматривая треугольник ОЕК, можно найти отрезок 0К, определяющий модуль напряжения в каждом сечении линии: = 1~'1 + 2 ~ 1 ! соя ( р — 2~~) + ~ 1 ~"-. (7.

Характеристики

Список файлов книги