Lektsia_13 (842125), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Напрактике возможно создание нагрузок с |Г|=0,01 в относительной полосечастот f=(20-30) % и более. Ввиду малости |Г| требования к фазекоэффициента отражения от нагрузки не предъявляются, и эта фаза можетиметь любую величину в интервале от 0 до 2.Важной характеристикой нагрузки является величина допустимойпоглощаемой мощности. Существуют нагрузки для низкого уровнямощности (<1 Вт) и нагрузки, предназначенные для высокого уровнямощности.Конструктивное выполнение нагрузок зависит от типа линиипередачи, диапазона частот н уровня мощности. Различают сосредоточенныеи распределенные нагрузки, причем последние путем увеличенияразмеров н массы могут быть выполнены на большую мощность.В коаксиальном тракте простейшей нагрузкой является сосредоточенный резистор с сопротивлением, равным волновому сопротивлениюлинии передачи.
Однако на сантиметровых волнах размеры резисторасоизмеримы с длиной волны, входное сопротивление становится частотнозависимым и качество согласования заметно ухудшается. Для снижениякоэффициентаотраженияирасширениярабочейполосычастоткоаксиальные нагрузки сантиметрового диапазона волн часто выполняют ввиде отрезков нерегулярной линии передачи с потерями. Поглощающиеэлементы в таких нагрузках могут быть объемными или в виде тонких поглощающих пленок.
Коаксиальная нагрузка с объемным поглощающимэлементом в виде конуса показана на рисунке 13.28,а. Хорошее качествосогласования в этой конструкции достигается при длине поглощающегоэлемента 1λ.а)б)в)Рисунок 13.28 – Коаксиальные согласованные нагрузкиБолее распространены коаксиальные нагрузки с поглощающимиэлементами в виде керамических цилиндров, покрытых металло-оксиднымиили углеродистыми проводящими пленками.
Толщину пленки выбираютмалой по сравнению с глубиной проникновения, поэтому поверхностноесопротивление пленки почти не зависит от частоты. Чтобы входныесопротивления коаксиальных нагрузок с цилиндрическими поглощающимиэлементами были чисто активными и почти не менялись в значительноминтервале частот, такие нагрузки снабжают нерегулярными металлическимиэкранами со специально подобранными профилями и размерами.На рисунке 13.28,б показана коаксиальная нагрузка с экраномступенчатойформы.Оптимальноекачествосогласованияпри16λполучается при выборе уменьшенного диаметра экрана в соответствии ссоотношением: 138lg(D/d)=Zв/√5, где Zв - волновое сопротивление основногокоаксиального волновода.
Длина уступа внешнего проводника должна бытьнесколько меньше длины пленочного поглощающего элемента.Наиболее широкополосные коаксиальные нагрузки имеют внешнийэкран воронкообразной формы (Рисунок 13.28,в). Например, при выбореэкспоненциальной формы экрана нагрузка оказывается работоспособной при1>λ.Согласованныенагрузкидляполосковыхлинийпередачипредставляют собой тонкопленочные полоски из резистивных материалов,нанесенные на полосковую плату и закороченные с одного конца на экранполосковой линии. Толщину полоски подбирают в несколько раз меньшеглубины проникновения тока, а длина полоски может быть малой посравнению с длиной волны.
Однако из-за небольшой площади теплоотводатакие сосредоточенные нагрузки выдерживают лишь небольшую мощность.Для увеличения рассеиваемой мощности нагрузки выполняют в видепротяженных (1~λ) отрезков регулярных или нерегулярных линий передачис потерями. При этом необходим специальный подбор формы поглощающейповерхности. В полосковых узлах СВЧ применяют также навесные нагрузкив виде керамических пластинок, или стержней с нанесенным пленочнымпоглощающим покрытием. На полосковых платах при выполнениинагрузок и в других случаях часто возникают трудности с осуществлениемкороткого замыкания полосковых проводников на экраны полосковыхлиний. При узкой полосе частот (5-8) % эти трудности преодолеваютприменением четвертьволновых разомкнутых шлейфов, обладающихблизким к нулю входным сопротивлением.Волноводные согласованные нагрузки выполняют в виде поглощающих вставок переменного профиля в отрезке короткозамкнутоговолновода.Вмаломощныхнагрузкахвставкиимеютвидтонкихдиэлектрических пластин, покрытых графитовыми или металлическимипленками (рисунок 13.29, а).
Объемные поглощающие вставки (Рисунок13.29, б, в, г) с большой мощностью рассеивания выполняют изкомпозитных материалов на основе порошков графита, карбонильногожелеза или карбида кремния. Для уменьшения отражений поглощающимвставкам придают вид клиньев или пирамид. Наименьшие отражения вширокой полосе частот обеспечиваются от вставок, входная часть которыхимеет форму экспоненциального клина в плоскости вектора Е.
Дляустранения отражения от короткозамыкателя вставка должна вноситьослабление(20-25) дБ.Дляулучшениятеплоотводаплощадьсоприкосновения вставки со стенками волновода делают максимальной, авнешнюю поверхность волновода снабжают радиатором.Рисунок 13.29 – Волноводные согласованные нагрузки13.4.2 Реактивные нагрузкиРеактивные нагрузки, применяемые в качестве мер при измерениях наСВЧ, а также в согласующих и управляющих устройствах СВЧ, должныобладать стабильным нормированным входным сопротивлением, величинакоторого может быть строго рассчитана по геометрическим размерам.
Вкачестве реактивных двухполюсников обычно используют короткозамкнутыеотрезки закрытых линий передачи, т.е. короткозамкнутые шлейфы. Реактивное сопротивление короткозамкнутого шлейфа определяют по формулеХшл=Zв·tg(l)где – коэффициент фазы;l – длина шлейфа;Zв – волновое сопротивление.Основным параметром, характеризующим качество реального шлейфа,является величина входного КСВ, которая должна быть как можно болеевысокой. В нерегулируемых коаксиальных или волноводных шлейфах снеподвижным запаянным поршнем КСВ может достигать 500 и более. Врегулируемых шлейфах с подвижными поршнями значения КСВ из-задополнительных потерь в контактах получаются ниже, однако, как правило,превышают 100. Холостой ход в шлейфах, т.
е. размыкание выхода, можетбыть реализован только в закрытых многопроводных линиях передачи, когдаустранено излучение.Возможные конструктивные решения подвижных короткозамыкающихпоршней для прямоугольных волноводов показаны на Рисунок 13.30 дляпродольных сечений, параллельных узкой стенке волновода. В первойконструкции (Рисунок 13.30, а) разрезные пружинные контакты вынесены отзакорачивающей стенки В внутрь волновода на расстояние λв/4. Поэтомуконтакты оказываются в сечении волновода с нулевыми значениямипродольного тока на стенках волновода, и неидеальность контактов неприводит к потерям мощности.а)б)в)Рисунок 13.30 – Волноводные короткозамыкающие поршниВо второй конструкции поршня (рисунок 13.30,б) механическиеконтакты А включены в волновод через два трансформирующих отрезкалиниипередачиснизкимизначенияминормированноговолновогосопротивления Zв1 и Zв2.
Предполагая, что активное сопротивлениеконтактов в точке А равно rА, и применяя дважды формулу пересчетасопротивления через четвертьволновый трансформатор, находим входноесопротивление в точках В: rВ=rА(ZВ1/ZВ2)2. При выборе ZВ1<<ZВ2 удаетсясущественно уменьшить эквивалентное сопротивление контакта rв иувеличить КСВ поршня.В третьей конструкция поршня (рисунок 13.30, в) точки механическогоконтактапомещенывсерединусвернутогокороткозамкнутогополуволнового отрезка линии передачи, состоящего из двух каскадновключенных четвертьволновых отрезков с волновыми сопротивлениями Zв1 иZв2.
К активному сопротивлению контакта rа добавляется бесконечноереактивное сопротивление короткозамкнутого четвертьволнового шлейфа сволновым сопротивлением Zв2, и сумма сопротивлений контакта и шлейфатрансформируется четвертьволновым отрезком с волновым сопротивлениемZв1 в практически нулевое сопротивление в точке В (т. е. в точке В создаетсявиртуальное короткое замыкание для токов СВЧ).Рассмотренныепринципывыполненияводноводныхпоршнейнепосредственно применимы и в коаксиальных поршнях для диапазонакоротких сантиметровых волн. На дециметровых и более длинных волнахприменяются коаксиальные поршни с обычными пружинными контактами вточках короткого замыкания линии передачи, так как четвертьволновыетрансформирующие отрезки оказываются слишком громоздкими.13.4.3 Изоляторы для коаксиального трактаВ жестких коаксиальных трактах существует проблема креплениявнутреннего проводника коаксиального волновода. К устройствам крепленияпредъявляется целый ряд противоречивых требований: не порождатьотражений,неснижатьэлектрическуюпрочность,неувеличиватькоэффициент затухания, не снижать рабочей полосы частот, допускатьвозможностьразборкиисборкитракта,обладатьхорошейвоспроизводимостью характеристик и т.
д.Возможны два способа крепления внутреннего проводника: с помощьюдиэлектрических шайб и с помощью металлических изоляторов.Простая диэлектрическая шайба (рисунок 13.31, а), включенная в коаксиальный волновод без изменения диаметров проводников, имеет схемузамещения в виде отрезка линии передачи с эквивалентной длиной lэ=l√ , ипониженным волновым сопротивлением Zвэ=Zв√ , где - относительнаядиэлектрическая проницаемость материала шайбы.
На низких частотах приlэ/λ0<<1 простые шайбы слабо влияют на параметры тракта, однако привозрастании частоты электрическая длина шайбы увеличивается, в связи счем возникают заметные отражения, а также возрастает коэффициентзатухания.Дляуменьшенияотраженийможноуменьшитьдиаметрвнутреннего проводника коаксиального волновода на участке, занятомшайбой, итем самым сохранить постоянную величину волновогосопротивления. Это приводит к конструкции утопленной шайбы, которая дляоблегчения процесса сборки может быть разрезана по диаметру.Рисунок 13.31 – Диэлектрические изоляторыПосколькудиэлектрическиешайбыуменьшаютэлектрическуюпрочность коаксиального волновода, для увеличения этого параметраприменяют концентрические канавки (рисунок 13.31, в).В сантиметровом диапазоне волн применяют металлические изоляторы(рисунок 13.32).Рисунок 13.32 – Металлические изоляторыОни не нарушают согласования тракта в рабочей полосе частот и неснижают электрическую прочность.
Однако являются более узкополосными(рисунок 13.32, а). С целью расширения полосы частот по обе стороныкоаксиальногоизоляторавключаютдобавочныечетвертьволновыетрансформаторы, величина волнового сопротивления которого выбираетсятаким образом, чтобы он был согласован не только на центральной частоте,но и на краях диапазона.13.4.4 Разъемы и сочленения в трактах СВЧДля осуществления сборки и разборки трактов отдельные узлы иустройства СВЧ оснащают специальными разъемами, которые должныобеспечивать надежный электрический контакт в местах соединенияпроводников между собой. Основные требования к разъемам состоят всохранениисогласованияиэлектрическойпрочноститрактаприминимальном ослаблении мощности и отсутствии паразитного излучения.В высокочастотных соединителях для гибких коаксиальных кабелейконтакты обеспечивают с помощью пружинных цанг и штекеров (рисунке13.33, а), удерживаемых в соединении посредством внешних резьбовыхсоединенийдиаметровилииныхпроводниковфиксирующихналюбомприспособлений.участкевнутриСоотношениекоаксиальныхвысокочастотных соединителей подбирают таким образом, чтобы с учетомпараметровдиэлектрикаобеспечивалосьпостоянствоволновогосопротивления линии.
Согласование в высокочастотных коаксиальныхсоединителях в сильной степени зависит от заделки кабеля и при аккуратномвыполнении характеризуется среднеквадратическим значением КСВ порядка1,05—1,15.Высокочастотные соединители для жестких коаксиальных волноводовна повышенный уровень мощности выполняют без опорных диэлектрическихшайб. Эскиз возможной конструкции коаксиального соединителя дляжесткой коаксиальной линии показан на рисунке 13.33, б. Во многих случаяхвысокочастотные соединители для жестких коаксиальных волноводовдолжныбыть герметичнымикак длязащитывнутреннихрабочихповерхностей проводников от внешних воздействий, так и для повышенияэлектрической прочности тракта путем создания внутри тракта избыточногодавления.Соединениетакихпрямоугольныхволноводовпомощью контактных и дроссельных фланцев.осуществляютсРисунок 13.33 – Конструкции коаксиального соединителяКонтактные притертые фланцы требуют тщательной обработки истрогойпараллельностисоприкасающихсяповерхностейимогутобеспечивать высокое качество сочленения, которое, однако, быстроухудшается при многократных переборках тракта.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
