sazonov_d_m__antenny_i_ustroistva_svch_1 988 (561328), страница 5
Текст из файла (страница 5)
При отклонении отношения й/г( от оптимального значения удельная электропрочность Р„г/Р„г коаксиального волновода быстро уменьшается (рис. 1.4). Из формул (1.2) и (1.3), определяющих коэффициент затухания и критическую мощность при элентрическом пробое, следует, что для снижения коэффициента затухания а и увеличения электропрочности необходимо увеличивать диаметр волновода В (точнее, площадь поперечного сечения). Однако это сопряжено с опасностью появления волны высшего типа Нп, для которой критическая длина волны Х~ржп(0+0)/2,02. Если вместо условия Й=сопз1 потребовать Х)Х„~ (что для волны Нп означает постоянство суммы диаметров внешнего и внутреннего проводников линии), то поведение кривых относительного затухания и относительной электропрочности в функции параметра Р/д остается подобным показанному на рис.
1.4„но положения экстремумов изменяются. Минимум затухания получается при О/йж4,67, а максимум электропрочности — при О/г(ж2,1. Стандартные волновые сопротивления 50 и 75 Ом выбраны в области, где параметры коаксиальной линии близки оптимальным. Кроме жестких коаксиальных волноводов широкое применение находит гибкие коаксиальные кабели. Они состоят из одножильного или многожильного внутреннего проводника, окруженного слоем эластичного диэлектрика (полиэтилен, фторопласт и др.), поверх которого располагается внешний проводник в виде металлической оплетки. Для защиты от внешних воздействий поверх оплетки располагается еще одна диэлектрическая оболочка.
Параметры коаксиальных кабелей приводятся в справочниках. Полосковые и микрополосковые линни передачи широко применяются на дециметровых и сантиметровых волнах в основном для образования сложных разветвленных трактов, объединяющих в единое устройство СВЧ многие элементы. Полосковые линии образуются из параллельных металлических проводников и диэлектрических пластин. Различают симметричные и несимметричные полосковые линии передачи. Симметричные линии имеют в поперечном сечении две перпендикулярные плоскости симметрии, несимметричньш линии — одну.
На рис. 1.5 показаны некоторые разновидности полосковых линий и соответствующие структуры электрического поля в поперечном сечении. Широкие металлические пластины полосковых линий являются экранами и могут рассматриваться как бесконечные плоскости с нулевым потенциалом, Существует три разновидности полосковых линий: жесткие воздушные полосковые линии; линии на основе фольгированных диэлектрических пластин (армированиые стеклом фторопласты, полимеры и др.)„.линии на основе диэлектрических пластин из керамики или кристаллических материаловс высоким значением диэлектрической проницаемости (поликор, ситалл, кварц, сапфир, кремний, арсенид галлия и др.). Жесткие воздушные полосковые линии применяют при повышенных мощностях н выполняют чаще всего симметричными (рис.
1.5, б). Для обеспечения жесткости проводники этих линий имеют Рне. 1.5. Полосковые линии передачи: о — неснннетрнчноя рнння: 6 — снннетрнчняя ннння: о — оысонодобротнея роняя значительную толщину. Крепление внутренних проводников осуществляется с помощью металлических (четвертьволновых) или диэлектрических изоляторов. Полосковые линии второго типа изготовляют методами фотолитографии из заготовок в виде диэлектрических пластин (з,=2 — 7; !уй=10 ' — 10-а; толщина пластин 1,0 — 4 мм), покрытых с двух сторон металлической фольгой. Толщина фольги в несколько раз превышает глубину проникновения поля и составляет 15 — 100 мкм. В несимметричных полосковых линиях один слой фольги является экраном, а второй слой используют для образования рисунка полосковой платы.
В симметричных полосковых линиях рисунок полосковой платы накрывают ответной полосковой платой, с внутренней поверхности которой фольга полностью удалена. Внешние экраны симметричных полосковых линий надежно соединяют между собой. Для исключения диэлектрических потерь применяют так называемую вмсокодоброгпую симметричную полосковую линию (рис. !.5, в).
Внутренний проводник такой линии образуется из соединенных между собой на входах и выходах параллельных полосок фольги на двух сторонах тонкого диэлектрического листа. Лист закрепляют на опорах посередине между металлическими обкладками. Электрическое поле внутри диэлектрического листа почти отсутствует, и диэлектрик практически не влияет на параметры линии. Полосковые линии передачи третьего типа на подложках с высокой диэлектрической проницаемостью (е„=10 — 15, 1н б= (1 — 5) Х х10-4, толщина пластины 0,5 — 1,0 мм) отличаются уменьшенными примерно в 3~ а, раз размерами конструкций по сравнению с воздушными линиями, и поэтому их часто называют микрололосковы- ,,и рне. 1.6. Шалевая линия передачи ми.
Основания микрополосковых линий имеют стандартные размеры, их изготовляют по высокому классу точности и полируют. Нанесение рисунков микрополосковых плат осуществляют методом электровакуумного напыления через маски с последующим гальваническим наращиванием толщины проводников. Наиболее распространены несимметричные микронолосковые линии (рис. 1.5, а).
В несимметричных полосковых линиях с диэлектриком низший тип волны имеет квази-Т-структуру. Фазовая скорость этой волны принимает среднее значение между скоростями света в диэлектрике и в воздухе. Волновые сопротивления полосковых линий составляют 20 — 100 Ом и легко регулируются подбором ширины проводников. Расчеты параметров полосковых линий являются трудоем- кими и поэтому производятся на ЭВМпоспециальным программам. Параметры некоторых полосковых ливий приводятся в справочниОтрезки полосковых линий передачи на общем основан ии ока- заимное влияние друг на друга.
Установлено, что взаимодействие параллельных линий пренебрежимо мало при рассто н ду роводниками, в 2 — 3 раза превышающем их ширину. При я ии более близком расположении проводниге ков возникает распределенная электроЯа магнитная связь„которая используется для образования направленных ответвителей (см. $4.4). К полосковым относятся также щеле- Ф вые и кояланарные линии передачи, обладающие рядом полезных свойств: возгс можностью, параллельного и последоваЕ тельного подключения сосредоточенных и элементов, удобством сочленения с другими типами линий и возможностью создания невзнимных ферритовых устройств.
Каленая линия передачи представляет собой узкую щель в проводящем слое, расположенном на одной стороне диэлектрического листа с высокой проницаемостью (рис. 1.б, а). В щелевой линии распространяется замедленная Н-волна, ~н электромагнитное поле которой концентрируется вблизи щели. Критическая частота этой основной волны равна нулю, однако имеет место значительная дисперРнс. 1.7. Коплана ная лнння сия.
Щелевые линии передачи могут по- .. К планнрная лнннн мещаться в прямоугольные экраны. Такие волноводно-щелевые линии (рис. 1.6, б) удобно сочетаются с трактами на прямоугольных волноводах и, кроме того, часто применяются в конструкциях волноводно-полосковых излучателей. т ехп в Колланарная линия передачи (рис. 1.7) представляет соб й о тр хпроводную полосковую линию передачи„образованную двумя параллельными, близко расположенными узкими щелями в металлическом слое на одной стороне диэлектрической пластины.
Как к в щелевой линии, используются пластины с высокой диэлектрической проницаемостью (н,~10), что приводит к существенному укорочению длины волны в линии и к концентрации полей вблизи центральной полоски. Основным типом волны в копланарной линии является замедленная Н-волна. Эта волна обладает дисперсией, однако ее критическая частота равна нулю. Электрические пара- Таблица 1.! ~тк!и кмх' см !ср, см Р . кзт ксс' х„, см к, хв!м аХЬ, мм 72Х34 28,5Х12,5 23Х10 10,6Х4,3 7,2Х3,4 3000 500 300 70 40 7,7 — 13 2,9 — 5,1 2,3 — 4,1 1,07 — 1,9 0,75 — 1,2 0,02 0,07 0,12 0,35 0,51 14,4 5,7 4,6 2,12 1,44 1О 3,2 3,2 1,25 0,3 Размеры сечения прямоугольных волноводов стандартизованы. Параметры некоторых стандартных медных волноводов приведены в табл. 1.1. Указанные в табл.
1.1 значения допустимой передаваемой мощности Р„,„относятся к воздушному заполнению при нормальных атмосферных условиях. Уровень мощности может быть повышен в несколько раз при заполнении волноводного тракта злегазом БГБ и создании повышенного давления до 13 —;б) 10БПа. Поперечные размеры прямоугольных волноводов могут быть уменьшены, если придать сечению Н- или П-образную форму метры щелевых и копланарных линий передачи рассчитывают на ЭВМ.
Прямоугольные и круглые волноводы. Прямоугольные металлические волноводы применяются в дециметровом, сантиметровом и миллиметровом диапазонах длин волн для передачи мощности СВЧ на основной волне типа Нвр Размеры поперечного сечения волноводов аХЬ выбирают исходя из необходимости удовлетворить противоречивым требованиям максимальной передаваемой мощности, минимального затухания и максимальной рабочей полосы частот. При приближении рабочей длины волны ),с к критической длине волны й р — — 2а происходит быстрое снижение электро- прочности волновода, прямо пропорциональное множителю 11— — !Аь/2а)а)!(а, и наблюдается довольно резкое возрастание затухания, обратно пропорциональноеэтомуже множителю.
Поэтомупринимают, что длннноволновая граница использования прямоугольного волновода )ти,„должна быть на 10!3! ниже критической длины основной волны типа Ню. Коротковолновая граница для прямоугольного волновода обусловлена требованием отсутствия распространяющихся волн высших типов. Наиболее низкими критическими частотами обладают волны Нар, Еп и Нц! 3стр — — а длЯ волны Нас, )„р=2аЬ() па+Ьл длЯ волн Е!! и Нц. Для полной уверенности в отсутствии распространяющихся волн высших типов минимальная рабочая длина волны 2им!„ хотя бы на 1сл! должна превышать критическую длину волны первого высшего типа колебаний.
(рис. 1.8). Критические длины волн для основных Н-типов колебаний в Н- и П-образных волноводах могут неограниченно увеличиваться при уменьшении зазоров я, в которых сосредоточено поперечное электрическое поле. Заметим, что упоминавшуюся волноводно-шалевую линию передачи можно трактовать как Н-волновод с неоднородным диэлектрическим заполнением. Критические длины волн высших типов колебаний в Н- и П-волноводах увеличиваются незначительно, и поэтому такие волноводы имеют расширенную полосу пропускания, доходящую до нескольких октав. Однако уве- Рис. 1.8. Н- и П-образный волноводы Таблица 1.2 тнн волны н„ Ен 1 Хна/а ~ 6,42 1,46 1,64 Наиболее широко используются три типа волн: магнитные волны Нц и Но~ и электрическая волна Ео,.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
