Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. Том 1 (1970) (1152176), страница 38
Текст из файла (страница 38)
Один из часто употребляющихся вариантов дроссельным поршней показан на рис. 8.8. Плоскость эффективного короткого замыкания не совпадает с гальваническим контактом между поршнем и стенками линии, а перенесена вперед приблизительно на четверть длины волны в свободном пространстве. Контакт поршня со стенками волновода или коаксиальной линии находится в минимуме продольного высокочастотного тока и не оказывает поэтому влияния на работу поршня. Действие дроссельного поршня сходно с действием дроссельного фланца. Для пояснения на рис.
8.8,в показано распределение продольного тока в стенках дроссельных зазоров коаксиального поршня. Входное сопротивление в точках аб в идеальном дроссельном поршне равно нулю независимо от величины сопротивления контакта Я „между точками гд. Опыт показывает, что коэффициент стоячей волны, обеспечиваемый дроссельным поршнем, обычно значительно превышает 100. Такая величина КСВ практически равноценна короткому замыканию передающей линии.
Кроме описанной системы дроссельных поршней, известны и другие конструкции. Некоторые типы дроссельных поршней изображены на рис. 8.9. Волноводный поршень, показанный на рис. 8.9, а, отличается от ранее описанного тем, что второй четвертьволновый дроссельный зазор не «завернут» внутрь чашечки поршня, а расположен 46 и. В.
лебедев 24$ ~4 Ф' ж о Б~ ьй о с~ ~р $3 Я сб Ю ~Ф ' ~[~ Е» о ~ аз щ о Ф о~ Я Ф д ~ ~ о д ~й ю М и О ~ Ф о д $>л ~-.' й~ о ; о ОО й Р ж С а О .а 1Ф Х ах й оа -~ о .Э о оа А а 63 х ~ъ О Йх Я ," ~,х Щ Ж а3 а Юж о ~ Ф ж3 х Ф Ы ос о с, о а М вдоль линии позади первого зазора. „Сопротивление контакта Р в данном случае оказывается уже не в минимуме, а в максимуме продольного тока. Тем не менее, входное сопротивление в плоскости эффективного короткого замыкания поршня имеет очень малую величину благодаря трансформирующему действию двух четвертьволновых трансформаторов. Пользуясь уравнением четвертьволнового трансформатора (7.32), нетрудно получить, что трансформированное входное сопротивление контакта Р, в плоскости АА составляет (8.1) ~де ~,1 и Л,д — характеристические сопротивления (<коаксиалькых» линий, образованных стенками волновода и поршнем.
В соответствии с этим выражением следует уменьшать характеристическое сопротивление Л,1 в сравнении с Л,а. Из этих соображеБий и выбирается различная ширина дроссельных зазоров поршня. В коаксиальных линиях часто находит применение дроссельиый поршень типа «зигзаг», схематически изображенный на рис. 8.9,6. Этот поршень, подобно предыдущим, использует свойства четвертьволновых отрезков линий, но не имеет никаких контактов с проводниками линии. Отсутствие гальванического контакта между наружным и внутренним проводниками коаксиальной линии можно обеспечить также с помощью простейшего четвертьволнового поршня, показанного на рис.
8.9, в. Чем ниже характеристическое сопротивление дроссельного зазора У'„т. е. чем меньше ширина зазора, тем выше коэффициент отражения и тем меныпая часть высокочастотной мощности просачивается в участок линии позади поршня Практически с помощью такого поршня можно получить примерно такие же результаты, как и с другими типами дроссельных поршней. Неконтактные поршни особенно полезны, например, в контурах триодных усилителей и генераторов СВЧ, где наружный и внутренний проводники коаксиального резонатора должны находиться под различными постоянными напряжениями. Недостатком всех дроссельных поршней, как и дроссельных фланцев, является зависимость их свойств от длины волны.
Обычно дроссельные поршни работают удовлетворительно в полосе частот порядка 20 — 30% от средней частоты. Заметим, что необходимость в дросселировании контактов отпадает в случае, если продольные токи в волноводе равны нулю. По этой причине короткозамыкающий поршень в круглом волноводе при волне типа Но1 может иметь более простую конструкцию в виде круглого диска, не контактирующего со стенками волновода. ф 8.3. СОГЛАСОВАННЫЕ НАГРУЗКИ (ПОГЛОТИТЕЛИ) . КАЛОРИМЕТРИЧЕСКИИ ИЗМЕРИТЕЛЬ МОЩНОСТИ Согласованная нагрузка — оконечное устройство высокочастотного тракта, служащее для полного поглощения, без отражения и без излучения в окружающее пространство, всей передаваемой по тракту мощности. Поглотители применяются, в частности, в качестве эквивалента антенны при наладке аппаратуры для устранения излучения в пространство с целью скрытности. Одновременно устраняется возможность ошибочных срабатываний и высокочастотных наводок на другую аппаратуру.
Следует иметь также в виду, что облучение тела человека мощными радиосигналами большей частью является нежелательным*. Пользоваться поглотителями приходится при «горячих» испытаниях генераторных и усилительных приборов СВЧ. В частности, поглотители находят применение при измерении мощности калориметрическим методом (см. ниже). Хорошо согласованные нагрузки очень широко применяются в качестве эталона согласования при «холодных» измерениях с электровакуумными приборами СВЧ, при снятии характеристик волноводной аппаратуры и т. д. Наконец, поглотители могут служить в качестве эталонного низкотемпературного генератора СВЧ шумов.
Шумовая температура (см. ~ 5.4,г и 7,5д) в этом случае в точности равна температуре самой нагрузки. Создание согласованных нагрузок с физической точки зрения родственно другой технической проблеме — разработке радиопоглощающих покрытий, необходимых для целей радиомаскировкп. В зависимости от величины поглощаемой мощности обычно различают согласованные нагрузки высокого уровня мои~ности, работающие при средней мощности примерно более 1 вт, и нагрузки низкого уровня мои~ности, предназначенные для мощности менее 1 вт.
Конструктивное выполнение согласованных нагрузок весьма разнообразно. Волноводные нагрузки низкого уровня мощности обычно выполняются в виде отрезков волновода, закороченных на конце и содержащих поглощающие пластинки, расположенные вдоль оси волновода в плоскости электрического поля. Согласование пластинок с однородным волноводом осуществляется приданием им специальной клиновидной формы, как показано на рис. ЗЛО, а. При изготовлении пластин часто используют диэлектрик (керамика, гетинакс и др.), покрытый слоем графита (аквадага), окиси олова или очень тонким слоем распыленного металла, например, пла- ' Действие СВЧ колебаний, как и в других диапазонах радиоволн, сводится к местному выделению тепла. Этот эффект полезно используется в медицине для создания диатермических установок, работающих обычно на волнах 10-см диапазона.
Допустимая плотность средней мощности составляет около $0 мквт~см2. 244 тины. Для волноводных абсорберов оптимальная величина поверх-- ностного сопротивления составляет, как- правило, 300 — 400 ом, т. е. близка к величине характеристического и эквивалентного сопротивлений волновода*. длина скоса (клина) подбирается опытным пУтем таким оора зом, чтобы получить наименьшую величину КСВ в возможно более широкой полосе частот. Обычно клин имеет длину р половине длины волны в волноводе и более.
ПрактиЬ~И чески вполне возможно со—.У здание согласованных нагрузок, характеризующихся ве- Г~пгпащающая й~ап7кас личиной КСВ не более 1 02— пласп7 ана а~ ~амыканаг 1,05 в полосе частот порядка 20 — 30% и более от средней частоты. Очень хорошие нагрузки имеют БСВ 'Ф порядка 1,01 в той же полосе частот.
Ф Внешний вид согласованной нагрузки низкого уровня мощности для волны типа Н1о показан на рис. 8.10,6. Аналогичные конструкции нагрузок могут быть созданы для других типов волн и для волноводов с другой формой поперечного сечения. Нагрузки высокого уровня мощности применяются вплоть до наибольших известных сейчас мощностей. Поглощение и рассеяние энергии в этих нагрузках может производиться при помощи. твердого или жидкого поглотителя, заполняющего часть объема волновода. В качестве поглощающей среды в «сухих» согласованных нагрузках используется, например, компаунд из металлического порошка с размером зерен в несколько микронов и связующего диэлектрика, например А1~0з. Согласование по-прежнему достигается выбором формы клина на входе нагрузки.
При весьма высоких мощностях хорошие результаты достигаются с абсорберами, у которых вся или часть поверхности стенок волновода образована поглощающей керамикой. Для равномерного рассеяния мощности поглощающие стенки могут сужаться, как показано на рис. 8.11. Пользоваться трансформаторами для согласования нагрузок не следует во избежание резкого сужения рабочей полосы частот. Рис. 8.10. Устройство (а) и внешний' вид (б) ножевой согласованной волно водной нагрузки с контактным входным фланцем * Сопротивление поглощающего слоя определяется на постоянном токе обычными методами и относится к пластине единичной длины и единичной ширины. 245 Водяные нагрузки наиболее удобны в лабораторных и стационарных установках.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
