Справочник по радиолокации (ред. Сколник М. И.) т. 2 - 1977 г. (Сколник М.И. Справочник по радиолокации в 4-х книгах (1976-1978)), страница 2

закороченный отрезок линии передачи соответствующей длины) к основной линии передачи на определенном расстоянии от нагрузки (1 — 3). В некоторых случаях для согласованна целесо. образно использовать две нлв трн секцнм лапин (даух- илн трехзлементные согласующие устройства) (1). Ряс. к пояороао аояграаояя полном еоарогиооовио [аооэрямио сиота — вояьвортя1. Использование рассмотренных выше уравнений линий передачи может оказаться сложным и трудоемким делом. Для получения решений более простыми путямн разработаны графические методы. Наибольший интерес представляют днес раммы полного сопротивления в прямоугольных или полярвыв координатах. Чаще используют полярную диаграмму (так называемую днаграмму Смита — Вольперта), на которую наносится (рис.

1) семейство окружностей постоянного активного н реактивного сопротивлений, причем радиуо окружности зависит от Ксв и козффнцнента отражения, а полярный угол соответствует нзмененню фазы нли длины вдоль линии, Подробные примеры 10 1.1. Характеристики линий переднчи водимость соответствует полному сопротивлению, активная и роно- „† димость — активному сопротивлению, а РеактивнаЯ пРоводи- ь ч4б мость — реактивному сопротивлению.

йда Коэффициент отражения р определяется следующим обра- ц 47 зом: т« б р = (Хн — 7о)! (7н+ Ло), (19~ ~ 1 в общем случае он является ком. плексной величиной, так как волновое сопротивление линии и полное сопротивление нагрузки могут быть комплексными величинами. Модуль коэффициента отраженна мой н отраженной волн в любой точке вдоль соотношением б б 7 б яса За«нонн«от««о«ей«н«ента ото«не«на от к« равен отношению амплитуд пря. линии передача и связан с К . ! р ! =(К вЂ” 1)/(Кон+1) (20) График этого соотношения приведен на рис. 2. Кс (всегда вещественная величина) является отношением амплитуд в точках максимального и минимального напряжений.

Зги напряжения можно непосредственно измерить с помощью щелевой измерительной линии. Во внешней стенке линии прорезается щель вдоль осевого направления, и в линию вводится на небольшую глубину зонд для детектирования и измерения напряжения. Для отсчета положения зонда вдоль щели предусмотрена шкала [5!. Напряжение достигает максимума в точках, где прямая и отраженная волны складываются в фазе, а минимума — в точках, где они оказываются в противофазе. В однородной линии без потерь все максимумы напряжения равны между собой так же, как и минимумы, причем расстояние между максимумами и минимумами вдоль линии составляет четверть длины волны (т. е.

половину длины волны между точками максимума или точками минимума) В линии передачи с потерями как величина Кон, так и длина стоячей волны изменяются вдаль линии [1!. Шелевую измерительную линию можно использовать для непосредственного измерения структуры стоячей волны, по которой могут быть вычислены модуль коэффицнента отраженна, отраженная мощность, переданная мощность и полное сопротивление нагрузки [1, 6, 7!. Типичные значения даны на номограмме рис.

3 [которан рассчитана по формуле (20)!. В работах [7 и 8! приведены графики, характеризующие величины максимума н минимума Ков, являющегося результатом рассогласоваиий в линии последовательно на двух участках. Приведены также зависимости, обусловленные затуханием в диэлектрине с нонечными потерями. Для определения коэффициента отражения можно также использовать другую методику измерений.

Например, вместо щелевой измерительной линии применяется сдвоенный направленный ответвитель (см. $1.5), дающий 11 использовании втой диаграммы приводятся в ряде работ [1-4!. Диаграммы позволяют определять изменение полного сопротивления вдоль липин, над~и связь полного сопротивления с Кон или с коэффициентом отражения, а также обнаружить положение минимума напряжения. Они также часто используются для отображения зависимости полного сопротивления ст частоты и зависимости полного сопротивления от составляющих широкополосного спектра. Диаграмму можно построить также в координатах полной проводимости,так как преобразование полной проводимости вдоль идеальной линии передачи происходит точно так же, как и полного сопротивления [4!.

На таной диаграмме полная про- г л. 1. Линии передачи, их основные элементы и узлы возможность измерять напряжение прямой в отраженной волн, выводимых через отдельные плечи ответвителя. В идеальном случае отношение выходных напряжений равно или пропорционально модулю коэффициента отражения для данного значения полного сопротивления нагрузки. Несовершенство от. 100 П 1П 020 10 17 020 0,00 10 0,0 2,0 В,п 2,0 70 10 о уп ы 40 ь ф ф ф 1,0 чй 2,0 2,0 ВО 40 ВО 70 В,п 3,0 Р,75 г,б 4,0 40 2,0 0,0 10,0 Р,ВО 4,0 0,0 Рвс. 3.

Ноиогрвиив Ко*. Отсчет вввиввлентвых вввчсяий выаолввстсв ваоль юрввовтвль- вых ливий. ветвителя обычно обусловлено неточностью его выполнения. Этот метод получил широкое распространение благодаря удобству измерения при большой ширине полосы частот и возможности использования автоматических измерителей полного сопротивления. ч.л. Полые металлические волноводы Одним из наиболее широко применяемых в радиолокации типов линий передачи является закрытый металлический волновод. Электромагнитная энергия передается вдоль внутренней полости волновода с присущими данному 12 н 0,40 ч 000 % ч Обб вч й Обп цп,бб ь ЕП,7П ~ ~Оп е бб ~ бп с, 4,0 ~.

В 740~- 0,0 зе вп В 7й 70 , ф Ф ВР и ВП и ~ф 1.2, Полые металлические аолноводы типу волновала структурами электрического н магнитного полей, называемыми »липами волн или модами. Параметры передачи в тнп волн строго завнсят от формы н размеров (относнтельно длины волны) поперечного сечения волновода. Чаще используется прямоугольный волновод с отношением ширины а к высоте Ь, приблизительно равным 2 . 1 (рнс. 4), однако применяются волноводы н других поперечных сечений, например круглый, эллиптический.

Н-образный, П-образный. Основные параметры линий передачи (см. й 1.1) относятся н к волново. дам Из уравнений Максвелла могут быть получены данные о типах волн в волноаодах, включаюшне не только распределение полей, но н затухание, сдвиг фазы н энергетическую пропускную способность [1, 4, 9). Прежде всего выводится общее волновое уравнение с помощью обычных векторных операторов с последующим преобразованием полученных уравнений. Зто можно выполнить в системе обобщенных координат, однако обычно результирующая днфференцнальная форма волнового уравнения запн- г сывается н решается в системе коордвнат, соответствующей геометрии исследуемого у волновода. Таким образом, решения для электрической н магнитной составляющих х поля получаются в прямоугольных коор- л дннатах в случае прямоугольных волноводов н в цилиндрических координатах в Рн«.

4. Система ноордннат и обослучае круглых волноэодон. Так как В значение размзроз примо»гол«; волноводах применяются проводники с вы- ного нолионода. сокой проводимостью, то обычно получают идеализированные решения, основанные на допущении бесконечно боль. шой проводимости. Это дает возможность найти граничные условия для электромагнитных полей в наиболее простой форме.

Так, например, параллельная нлн тангенцнальнав составляющая электрического поля на внутренней стенке волновода должна быть равна нулю [4, 9). Результнрующне решения показывают, что волны, длина которых пре вышает так называемую критическую длину волны, не будут сколько-нибудь заметно распространяться по волноваду, в то время как энергия более короткихх волн (более высокой частоты) может распространяться с малыми потерями с различными возможными типами волн. Первый тнп волны, который может распространяться с частотой, превышающей критическую, обычно является основным отчасти потому, что это «домвннрующнй» тнп волны. Существует область частот, превышающих крнтнческую, в которой может существовать только этот тнп волны.

Как правило, могут существовать два типа волн: поперечная электрнческая (твпа ТЕгн „), не имеющая составляющей влектрнческого ноля в направлении г, н поперечная магнитная (тнпа ТМю, ), не нмеющая составляющей магнитного поля в направленнн г. Поперечные электромагнитные волны тяпа ТЕМ в прямоугольном волноводе не существуют. Индексы гл н л могут принимать значения 9, 1, 2, 3 н т. д. Онв указывают для прямоугольного волновода количество полувалновых изменений в распределении поперечного поля в направлениях х н у, соответственно. Полные формулы, описывающие распределение составляющих электромагнитного паля в прямоугольном волноводе имеются в ряде работ (напрнмер,[4[). Основным типом волны является волна ТЕ»о, которая наиболее часто используется в волноводах.

Распределение поля для волн ТЕю „нллюстрнруется на рнс. 5 [10[. Составляющне паля для волны ТЕ,» (предполагается сннусондальное изменение составляющих поля во времени) определя- 13 Гл. /. Линии передачи, «х огноеные элеиентог и уэльс ются следующими зависимостямиг Еу 5!п (их/а) ехр (/в/ — уг), (21) Нх 5!и (ихАг) ехр (/в/ —,г), (22) //к — соз (их/а) ехр (/в/ — уг), (23) Н„=О= Е, (24) где у — коэффициент распространения. Критическая длина волны им 2и и, следовательно, не зависит от размера Ь.

Поляризация поля постоян. иа, так что существует только одна составляющая электрического поля. Зависимость между длиной волны в волноводе с воздушным заполнением !(! !! ) !1! // ТЕ~э в— / з ' ~,ы"- ( /( 'и- — — е 'ь — ь " и-- 7Еще о — — э- -а;-- I ~ в / /! .ы у т ьь- — -ь г / ы и / à — -н l .н —— / %- ы —— / ь и -Э / / Ев 'ч- дг и 2 5 Рис. 5.

Сгруитурв палей в праыоугольпоы волпоаоде длл волн типа твг линни ьлекгрпческого поли; — — — липин магнитного поли. Поперечные сечении показаны а левой части, продольные — в правой (плоскость продольного сечение /-г [|о!. !4 — и и / / /Г /~, —.. ч% ((! /!! ! ! !(( /! /)! ~ — — — м. l / и) 'ь. о. ь. 1.2. Полосе металлические эолноводы к рабочен длина, волны, а также шнрнной волновода опредслнетсн выражением Ло— Л Л (25) '1/1 — (Л/2а)с 'рт 1 — (Л/Л )з Второе выражение (25) является общим для волноводов любого поперечного сечения.

Можно также учесть заполнение волновода диэлектриком (4!. На рис. 6 показаны относительные значения критических частот для разных типов волн, а в табл. 1 приведены донолннтельные данные, относящиеся к стандартным прямоугольным волноводам, включая теоретнческие номнналь- ТЕ12, ТЕю ТЕго ТЕг1 ТЕо1 Тг)я Тбо Тгттг ТЕн 11. ТИгг й/а=1 т!Ютеж 1 г 5 ТЕог ТЕго ТЕ11 тбп ТЕто ь~~= ф'г т тт/г')те„, ртм.

4, Относнтельнме енвченнн «рнтнчесинх частот длн рвтнмх тонов волн в арнмоугвльвом волноводе (41. ные значения передаваемой мощностн. Дополнительные данные по допустимым значениям средней импульсной мощности в волноводах различных стандартных размеров приведены в работе (7). Можно легко вычислить потери, обусловленные нендеальной проводимостью стенок нли неидеальным диэлектриком, нногда (но не так часто) нспользуемым для заполнения волновода. На рнс. 7 для некоторых типов нолноводов прнведены значения затухания, обусловленного потерями в стенках. Формулы для определения затухания, обусловленного потерями в проводнике н диэлектрике, приведены в работе (4).