Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. Том 1 (1970) (1152176), страница 64
Текст из файла (страница 64)
Возможное устройство переходов со стандартного прямоугольного волновода к системам гребенчатого типа и типа встречных штырей показано в двух проекциях на рис. 11.28. Особенностью этих переходов является использование плавного экспоненциального трансформатора, а также (в случае гребенчатой системы) плавное изменение глубины щелей. Отсутствие удовлетворительной теории переходов требуцг обычно решения этой задачи эмпирическими методами.
Следует вообще отметить большую роль эксперимента при разрабсене и исследовании замедляющих систем. рис. 11.30 изображен отрезок замедляющей системы, замкнутый накоротко на обоих концах и имеющий слабую связь с измерительным генератором и индикатором резонанса. В этом случае отрезок замедляющей системы может рассматриваться как своеобразный полуволновый полый резонатор. Отличие его от обычных полуволновых резонаторов состоит лишь в том, что длина Ж~Аааююр реяпнаыа Рис.
11.30. Блок-схема резонансных измерений па- раметров замедляющих систем волны в линии, находящейся между короткозамыкающими пластинами, меньше длины волны в свободном пространстве и равна 'зач зач Условием резонанса, регистрируемого индикатором по максимуму проходящего сигнала, является целое число замедленных полуволн, укладывающихся по длине системы ~.
По аналогии с ~ 10.2, в можно записать: Азам 21 2 ' ~ = О, 1, 2~ .. ° ~ ~'зач = ° (11.56) Таким образом, для нахождения зависимости Хза„=~(Х) или А„, =~(Х) при известной длине ~ необходимо измерить с помощью волномера дискретные значения Х, при которых происходит резонанс, и установить значения и, соответствующие каждому из резонансов. Оценку числа полуволн и производят, например, с помощью дополнительного индикатора распределения поля (зонда), поочередно вводимого в различные секции замедляющей системы.
Нетрудно видеть, что при и=2 эпюра поля вдоль оси имеет один минимум, находящийся в центре резонатора, при и = 3 — два минимума, расположенные на расстоянии —. один от другого, и т. д. Другим путем уточнения п является использование метода возмущений. По оси системы на тонкой нити протягивается небольшое металлическое, диэлектрическое или поглощающее тело (см.
рис. 11.30). Возмущения отмечаются по изменению резонансной длины волны или добротности рассматриваемого сложного резонатора. С этой целью обычно используется осциллографический метод наблюдения резонансной кривой, описанный выше в ~ 10.9. Короткозамыкаю1цие пластины, изображенные на обоих концах резонатора на рис. 11.30, желательно располагать в плоскостях симметрии периодической структуры.
Зеркальное отображение системы в короткозамыкающей стенке является при этом продолжением исследуемой системы; искажение структуры поля отсутствует. При исследованиях некоторых типов замедляющих систем, применяемых, например, в усилителях магнетронного типа, может быть использован метод передвижного короткого замыкания, иллюстрируемый рис. 11.31,а. Между измерительным генератором и переходом к исследуемой замедляющей системе включается обычная волноводная или коаксиальная измерительная линия с передвижным зондом. Измеряется зависимость положения минимума стоячей волны 1„„в измерительной линии от положения короткозамыкающей вставки 1„или от номера ячейки системы, где создано короткое замыкание. Фямю~и07ГЛб Р ливия Рис. 11.31.
Измерение дисперсионной характеристики и согласования замедляющих систем с помощью передвижного ко- роткозамыкателя Типичная зависимость 1 „„=~(1„,), показанная на рис. 11.31,б, имеет вид Я-кривой, рассматривавшейся в ~ 7.2. Период кривой по оси абсцисс равен половине замедленной длины волны. Размах кривой в зависит от согласования замедляющей системы с входной линией и, как показано в 7.2, позволяет вычислить величину КСВ. При идеальном согласовании замедляющей системы с входной линией 5-кривая вырождается в наклонную прямую, проведенную на рис. 11.31, б. Для получения дисперсионной характеристики Й„=~(Х) и диапазонной характеристики согласования КСВ=~(Х) необходимо проведение описанных измерений при различных значениях Х в пределах полосы пропускания исследуемой структуры. ~412 ЬЛ Е' = "А Л В'' (11.57) Через ~ в (И.57) обозначен коэффициент,.
зависящий от формы и свойств возмущающего тела, а также от конфигурации поля, где введено это тело. Величина * может быть предварительно измерена (прокалибрована) по ЬЛ измеренной величине Л на эталонном полом резонаторе, форма которого Ло позволяет произвести теоретический расчет величин Б,„ и Ю'. Таким обраЕ2 зом, при известном ~ можно найти величину ~ для любого другого резо- В' натора, введя в него то же пробное тело и измерив соответствующую вели- ЬЛ чину — . Ло Воспользуемся теперь общим уравнением сопротивления связи (И.27). Если исследуемая система не имеет резко выраженных пространственных гармоник, то это уравнение может быть представлено в виде Е' 1 1 ЬЛ 1 Лсв — 2У 1~ — 2~Р (11.58) Множитель '5, введенный при использовании (И.57), учитывает, что напряженность поля К~~ и полная энергия К в стоячей волне, созданной в системе, в два раза больше, чем в режиме-бегущей волны.
Для нахождения величины Р„необходимо подставить в (И.58) вели~й чину —, полученную при внесении возмущающего тела по оси системы Ло в пучности Е~. Групповая скорость х,р на рассматриваемой частоте, входящая в (И.58), определяется по дисперсионной характеристике, как показано на рис. 11.5, или по уравнению (11.28) . 413 Получить зависимость КСВ=~(Х) можно и более простым путем, еслп на конце системы в схеме, изображенной на рис. И.31, а, расположить согласованную нагрузку. В действительности, однако, для того чтооы создать такую нагрузку, необходимо иметь заведомо согласованный переход от однородной входной линии к исследуемой системе.
Применяя последовательные приближения, удается достичь приемлемого согласования обоих элементов. Преимуществом метода Я-кривых является отсутствие согласованной нагрузки. С другой стороны, создание эффективного передвижного короткозамыкателя в замедляющей системе также может представлять определенные трудности. Резонансный метод (рис. И.ЗО) может быть использован не только при снятии дисперсионных характеристик, но и для измерения сопротивления связи, представляющего большой интерес при применении замедляющих систем в электронных приборах СВЧ.
С этой целью в систему вводится небольшое пробное тело, имеющее, например, вид бусинки или стерженька. Измерение величины М, основывается на отсчете изменения резонансной частоты (длины волны) или добротности под действием возмущающего тела. Можно показать, что для всякого резонатора относительное изменение ЬЛ резонансной длины волны —, создаваемое возмущающим телом без поЛо терь, связано с амплитудой электрического поля Е„, и с полной накопленной в резонаторе энергией соотношением При наличии резко выраженных пространственных гармоник сопротивление связи определяется для каждой гармоники в отдельности. Для этого Ь1 производится измерение величины — в зависимости от положения проб~о ного тела вдоль оси системы. Найденная зависимость Е~,=~(4 раскладывается в гармонический ряд Фурье.
Существуют и другие методы измерения основных параметров замедляющих систем, имеющие много общего с методами, известными в области обычных волноводных и резонаторных устройств. Основной областью применения всех типов замедляющих систем являются электронные приборы с длительным взаимодействием между электронным потоком и бегущей волной. К числу таких приборов относятся упоминавшиеся выше лампы прямой и обратной бегущей волны, а также разнообразные приборы магнетронного типа, в частности платинотроны. Кроме того, замедляющие системы нашли применение в качестве отклоняющих систем в специальных типах осциллографических трубок, предназначенных для наблюдения сверхвысокочастотных сигналов.
Самостоятельными важными областями применения замедляющих систем являются линейные электронные ускорители, используемые главным образом в ядерной физике, и твердотельные квантовые парамагнитные усилители. Намечаются и другие применения замедляющих систем — в качестве высокочастотных цепей некоторых типов газоразрядных приборов, в качестве линий задержки и т. д. Функции, выполняемые замедляющими системами в электронных приборах СВЧ, имеют много общего с функциями полых резонаторов. Дальнейшее развитие замедляющих систем еще больше увеличит их роль в электронике сверхвысоких частот. Глава двенадцатая ЗАКЛЮЧЕНИЕ $12.1.
ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНИКИ СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ а. Высокочастотный тракт радиолокационной станции В течение ряда лет техника сверхвысоких частот находила основное применение в радиолокации. Сейчас область применения техники СВЧ значительно расширилась. Тем не менее радиолокация остается наиболее ярким примером использования техники волноводов, полых резонаторов и замедляющих систем. На рис.
12Л показана упрощенная схема высокочастотного тракта импульсной радиолокационной станции. В передатчике применяются импульсный магнетронный генератор или мощные Рис. 12Л. Упрощенная блок-схема импульсной радиолокационной станции сантиметрового диапазона волн: 1 — магнетронный генератор, 2 — основной волновод, 3— разрядник защиты приемника, 4 — разрядник блокировки передатчика, 5 — лампа бегущей волны, 6 — смесительный детектор, 7 — гетеродинный отражательный клистрон, 8— ферритовый вентиль, 9 — направленный ответвитель, 10— индикатор мощности; 11 — вращающееся соединение„12— зеркало антенны, 13 — излучатель, 14 — мощный импульсный модулятор; 15 — генератор пусковых импульсов, 16— усилитель промежуточной частоты, 1? — видеоусилитель, 18 — блок питания клистрона и автоматической подстройки частоты, 19 — механизм вращения антенны, 20 — электрон- но-лучевой индикатор усилительные приборы СВЧ, например, амплитроны или клистроны.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
