Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. Том 1 (1970) (1152176), страница 45
Текст из файла (страница 45)
Принципиально можно обеспечить любую величину переходного ослабления от очень малых значений вплоть до бесконечно больших. Примеры реальных параметров направленных ответвителей приводятся ниже. Рассмотрим устройство волноводных направленных ответвителей. В качестве элементов связи, как правило, применяются отверстия в стенках волновода. В зависимости от расположения отверстия при волне типа Н1о в прямоугольном волноводе связь может быть либо чисто магнитной, либо смешанной — электрической и магнитной (рис. 8.40). Ориентация вспомога- РЮЬ',юю7И" Й тельного волнов ода относительно основного производится в соответствии а) с принципами, изложенными в ~ 5.1 при рассмотрении возбуждения волЙчйрстие новодов. Отверстия связи сдязи можно рассматривать как возбуждающие зонды.
ЕсЕ ли связь осуществляется сразу по электрическому и по магнитному полю, одно отверстие эквивалентно двум зондам — штырю и Рис . 8.40. Характер электрического и магнитного полей вблизи отверстия в стенке прямоугольного волновода при Устройство простейше- волне типа Н1о го «двухдырочного» вола — чисто магнитная связь (отверстие в узкой стенке); б — смешанная связь (отверсгие в широкой стенке волновода) (ответвителя с двумя ма- гнитными элементами связи) показано на рис. 8.41. Отверстия расположены в общей узкой ~в аэ стенке волноводов на расстоянии —. Вспомогательныи волнов(.д 4 на одном конце имеет ножевидную согласованную нагрузку низкого уровня мощности.
Второй конец снабжен фланцем и предназначен для соединения с индикатором, например, детекторной или термисторной головкой. Величина переходного ослабления двухдырочного ответвителя пропорциональна шестой степени диаметра отверстий связи. Обычно переходное ослабление выбирают порядка 20 — 30 дб. Очень малые ослабления (менее 10 дб) в двухдырочных ответвителях, как правило, не применяют. В сторону увеличения переходного ослабления, как указывалось выше, ограничений не существует.
Направленность двухдырочного ответвителя не удается сделать более 20 — 25 дб. Величина направленности быстро уменьшается при отклонении от расчетной длины волны. Это объясняется тем, что в основе действия данного ответвителя лежит интер- ференция волн от двух дискретных элементов связи. Расстояние между ними имеет жесткую связь с длиной волны.
Малая направленность и узкополосность являются недостатками двухдырочпого ответвителя. Более широкое применение находят другие системы направленных ответвителей, в том числе однодырочные и многодырочные ответвители, а также ответвители щелевого типа. Рис. 8.42. Схема устройства волноводного направленного ответвителя с длинной щелью 1 — основной волновод; 2 — вспомогательный волновод; 3 — щель связи; 4 — согласованная нагрузка; 5 — выход к индикатору Рис.
8.41. Схема устройства двухдырочного направленного ответвителя 1 — основной волновод; 2 — вспомогательный волновод; 3 — отверстия связи, 4 — согласованная нагрузка, 5— выход к индикатору Многодырочный ответвитель при связи волноводов через узкую стенку можно рассматривать как комбинацию нескольких двухдырочных ответвителей.
Такой ответвитель может работать в значительно более широкой полосе частот, чем простой двухдырочный ответвитель. Заметим попутно, что расстояние между отверстиями связи не обязательно должно быть равно четверти длины волны в волноводе. Можно показать, однако, что четверть- волновые расстояния обеспечивают наибольшую широкополос- З ность многодырочных направленных ответвителеи. Устройство направленного ответвителя с длинной щелью схематически показано на рис.
8.42. Элементом связи служит щель, прорезанная в середине общей широкой стенки основного и вспо- могательного волноводов. длина щели равна приблизительно целому числу полуволн в данном волноводе; концы щели заострены для устранения отражений. Переходное ослабление в случае слабой связи пропорционально квадрату длины щели и шестой степени ее ширины. Ценными свойствами ответвителя с длинной щелью являются широкополосность и сравнительно высокая направленность— порядка 30 — 35 дб и более.
Недостатком ответвителя являются его большие габариты. Внешний вид одного пз направленных ответвителей с длинной щелью показан на рис. 8.43. Оба конца вспомогательного волновода в данном случае снабжены фланРис. 8.43. Внешний вид направленно- цами для подключения сого ответвителя 3-см диапазона гласованной нагрузки плп детекторной (термисторной) ГОЛОВКИ. Некоторый интерес представляет крестообразный направленный ответвитель, в котором связь осуществляется через одно или (для увеличения степени связи) через два крестовидных или круглых отверстия в общей широкой стенке волновода (рис. 8.44).
Основное достоинство подобных ответвителей — малые габариты и конструктивная простота. Рис. 8.44. Направленные ответвители с одним или двумя отверстиями связи в широкой стенке волновода. Стрелками показано ответ- вление волны 1 — основной волновод; 2 — вспомогательный волно- вод Направленные ответвители с успехом выполняются не только на основе волноводов, но и в коаксиальных линиях, полосковых системах и в других типах передающих линий во всем диапазоне сверхвысоких частот. Рабочая полоса частот коаксиальных и полосковых ответвитвлей может составлять одну октаву при направ- 280 ленности не менее 25 дб и при отклонении переходного ослабления от номинала не более чем на .+0,3 — 0,5 дб. При достаточно сильной связи многие типы направленных ответвителей могут обеспечить полный переход энергии из основного во вспомогательный волновод.
Подобные устройства, для которых переходное ослабление близко к нулю, принято назы вать ответвителями с полной связью. Аналогичным образом можно создать ответвители с переходным ослаблением в 3 дб обеспечивающие деление мощности поровну между двумя выходными плечами. Двойной волноводный тройник с этой точки зрения может быть также отнесен к категории направленных ответвителей с переходным ослаблением между плечами 1 и 4 или 1 и А равным 3 дб (".м. ~ 6.8). 8 8.9.
ПРИМЕНЕНИЕ НАПРАВЛЕННЫХ ОТВЕТВИТЕЛЕЙ Направленные ответвители широко применяются в измерительной технике, а также для контроля работы аппаратуры сверхвысоких частот. Рассмотрим наиболее характерные примеры использования направленных ответвителей. а. Измерение проходящей мощности На рис. 8.45,а показана блок-схема измерения мощности, поступающей в нагрузку, с помощью направленного ответвителя. Непосредственно измеряемая ответвляемая мощность пропорциональна мощности падающей волны. Для измерения этой мощности можно воспользоваться термисторным мостом. Тем самым Рис. 8.45.
Сравнение методов измерения проходнщей мощности с помощью направленного ответвителя и одиночного зонда 281 измерение большой м~ ~,ности удается заменить измерением ма- лой мощности. для н,~~~ мления абсолютной величины мощности волны, бегущей в осн ~и~ м тракте, достаточно знать переходное ослабление направленно с ~.гветвителя. В связи с измерением мош'ни.'~з с помощью направленного ответвителя уместно провести сравнение с измерением ее при помощи одиночного зонда, ответвляющего часть мощи.нти из основного тракта.
Соответствующая блок-схема приведена на рис. 8.41, б. При идеально согласованной нагрузке, включенной на конце основного тракта оба метода равноценны, если известно переходное ослабление как направленного ответвителя, так и зонда. В случае некоторого рассогласования нагрузки положение меняется. Мощность, ответвляемая одиночным шунтирующим зондом, пропорциональна квадрату напряжения ~И в рассматриваемом сечении линии: Ротв — ~! ~1 где й — константа, учитывающая переходное ослабление зонда. Принимая во внимание зависимость амплитуды У от координаты г, определяемую выражением (7.5), и используя уравнение (7.36) для мощности Р, поступающей в рассогласованную нагрузку, нетрудно получить: ~1+Ге )в отв ~1~ 1 ~ Г~2 (8.12) где à — коэффициент отражения от нагрузки и Й1=2Й У,.
С другой стороны, мощность, ответвляемая из тракта направленным ответвителем, пропорциональна мощности падающей волны: ~ отв — ~2~ пад. Константа Й2 определяется переходным ослаблением ответвителя. Поскольку мощность, поступающая в нагрузку, в общем случае равна Р=Рпад (1 — ~Г!'), для направленного ответвителя получаем 1 Ротв — М 1 1Г Р ° (8.13) Термисторный мост в сочетании с направленным ответвителем оказывается в ряде случаев более удобным абсолютным измери- 282 Уравнения (812) и (813) позволяют вычислить погрешность измерения мощности по двум рассмотренным методам, обусловленную конечной величиной отражения от нагрузки. Положим для примера, что КСВ в основном тракте равен 1,5, т.
е. ~1 ~=0,2. В случае направленного ответвителя измеряемая мощность оказывается равной Р„=Ы,043Р, т. е. погрешность составляет +4,3$. Заметим, что показания идеального направленного ответвителя не зависят от фазы стоячей волны. Неподвижный же зонд, в зависимости от фазы стоячей волны, может ответвлять различную мощность; максимальное и минимальное значения мощности соответственно равны: Ротв ° макс=~1 ' 1,50Р; Ротв . мвв=й1 0,67Р. Таким образом, погрешность измерений мощности одиночным зондом в рассматриваемых условиях может колебаться от — 33% до +507о.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
