Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 [191] 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233

равны примерно Ширина полосковой линии

между ответвлениями уменьшена по сравнению с основной линией так, чтобы волновое сопротивление кольца было в 1,4 раза больше, чем волновое сопротивление линии.

Фильтры, показанные на рис. 20-34, ж, могут быть сконструированы с Q, равным нескольким тысячам. Разновидность, показанная с левой стороны, представляет собой фильтр нижних частот. Элементами фильтра являются параллельная емкость, образованная широкими шлейфами в поперечном направлении относительно оси линии, и последовательная индуктивность, образованная очень узкими последовательными отрезками. Фильтр с промежутками представляет собой полосовой фильтр с характеристикой, зависящей от расположения промежутков и расстояния между ними. Шлейфовый фильтр - это фильтр верхних частот. Параллельная индуктивность образована шлейфами, поперечными по отношению к линии. Шлейфы могут быть или с коротко-

замкнутым концом и длиной меньше, чем--,

или с разомкнутым концом и длиной больше,

чем-. Последовательная емкость образована

путем отделения линии от участков со шлейфами тонким слоем диэлектрика, что создает малую емкость между шлейфом и линией.

Элементы, показанные на рисунке, охватывают только небольшое количество из многих разновидностей элементов цепей, которые могут быть сконструированы при применении полосковых высокочастотных устройств.

20-5з. Линии передачи поверхностных волн1. При соответствующем возбуждении по одиночному проводнику могут распространяться поверхностные волны с достаточно малыми затуханиями и потерями на излучение, что позволяет использовать его в качестве линии передачи. Практические трудности состоят в том, что энергия волны находится в пространстве вокруг провода, н поэтому предметы, расположенные достаточно близко к проводу, могут исказить поле, что приведет к отражениям и потерям. Если диаметр провода уменьшить, то это приведет к уменьшению радиуса, в пределах которого заключена заданная часть от полной энергии волны. Однако это связано с увеличением затухания, так что необходимо при проектировании принимать компромиссное решение. Покрытие провода тонким слоем диэлектрика будет ограничивать поле в пределах меньшего пространства вокруг провода, хотя это и приведет к небольшому увеличению затухания. Другой практической трудностью при применении таких линий для передачи электромагнитной энергии на большие расстояния являются потери в виде излучения, которое возникает на изгибах линии. Несмотря на эти недостатки, большая простота этого типа «волновода» может оправдать его применение в некоторых случаях.

Система передачи с поверхностной волной показана на рис. 20-35. Для связи между линией и коаксиальной нагрузкой обычно применяется конический рупор. Это, однако, приводит к появлению дополнительных потерь связи. Для уменьшения таких потерь раскрывы рупоров должны быть возможно большими в прак-

нроёодиик


с диэлектрическим

Gobau G е а г g е, Surface waves and their application to transmission lines, J. Appl. Phys., November 1950, p. 1П 9; Single conductor surface-wave transmission lines, Proc. IRE, June 1951, p. 619-624.

Рис. 20-35. Поверхностная линия передачи.

тически допустимых пределах. При применении таких линий возможно получить затухания, сравнимые с затуханиями в обычных волноводах. Так, например, измерения на частоте 3 ООО Мгц показали, что провод с радиусом 0,1 см, покрытый слоем диэлектрика толщиной 5-10~8 см с относительной диэлектрической проницаемостью по отношению к воздуху, равной 3, имел затухание без учета потерь в подключениях примерно 0,025 дб1м, а 90% мощности волны находилось в пределах зоны с радиусом 10 см.

20-6. ВОЛНОВОДНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЦЕПЕЙ

Волноводы часто применяются для выполнения многих функций, характерных для элементов цепей, в дополнение к их обычному применению в качестве устройств для передачи электромагнитной энергии на высоких частотах. В следующих разделах рассматриваются волноводные устройства, которые применяются для согласования сопротивлений, в качестве волноводных переходов, для возбуждения различных типов волн, для фильтрации, для изменения поляризации и в качестве волноводных гибридных соединений.

20-6а. Элементы полных сопротивлений. Волноводные элементы полных сопротивлений могут подключаться к волноводной линии передачи или последовательно, или параллельно. При определении, является ли данный элемент последовательным или параллельным, необходимо знатьраспределениеполя и, следовательно, тип волны. Ответвление, подсоединенное к одной стороне волновода, является последовательным, если волна, проходящая в ответвление, получилась в результате разделения в линии и, кроме того, поля в точках, расположенных на равных расстояниях от соединения, имеют противоположные фазы (электрические поля последовательны в ответвлении и в основной линии). Ответвление параллельно, если волна, проходящая в ответвление, разделяется в линии, а поля в точках, расположенных на равных расстояниях от соединения, имеют одинаковые фазы (электрические поля параллельны в ответвлении и в основной линии). Примеры последовательных и параллельных ответвлений для прямоугольных и круглых волноводов, работающих с основным типом волны, приведены на рис. 20-36.

Характер сопротивления или проводимости, подсоединенной к волноводу, в виде последо-



нательного или параллельного нлеча ответвления зависит от длины плеча и его нагрузки, как уже рассматривалось в предыдущих разделах.

Элементы с чисто реактивным сопротивлением или проводимостью могут быть подсоединены параллельно с волно-водной системой путем применения вставок, располагаемых внутри волновода. Характер реактивного сопротивления или проводимости, т. е. индуктивности или емкости, зависит от распределения поля относительно расположения вставки. Примеры индуктивных и емкостных вставок, которые обычно называются диафрагмами, для прямоугольных и круглых волноводов, работающих с основным типом волны, представлены на рис. 20-37.



Рис. 20-36. Последовательные и параллельные угольном и круглом волноводах, работающих с а - ответвления в прямоугольном волноводе; б лом волноводе.

ответвления в прямо-основным типом волн. - ответвления в круг-

---а--1

-а--

1 □



Рис. 20-37. Индуктивные и емкостные диафрагмы в прямоугольном и круглом волноводах. а - индуктивная (волна ТЕю); б - емкостная (волиа ТЕю); е - индуктивная (волна ТЕц); а - емкостная (волна ТЕц).

ктивнои проводи мости - для симметричных и о

несимметричных диафрагм в прямоугольных волноводах представлена графически на рис. 20-38-20-41*. На этих рисунках не учитывается небольшое влияние на реактивную проводимость конечной толщины диафрагмы.

В общем случае диафрагмы должны быть настолько тонкими, насколько позволяют механические ограничения. В прямоугольных волноводах отдают предпочтение индуктивным диафрагмам по сравнению с емкостными из-за больших допустимых пробивных напряжений в линии. Несимметричные диафрагмы дают несколько большую величину реактивной проводимости по сравнению с симметричными диафрагмами при одинаковых отношениях открытой и закрытой площадей в сечении волновода.

Резонансные диафрагмы1. Путем соответствующей комбинации реактивных элементов в волноводных устройствах могут быть созданы резонансные элементы. Соединение индуктивной и емкостной диафрагм может образовать резонансный элемент параллельно с волноводом, который, следовательно, будет пропускать резонансную частоту и по-


Рис. 20-38. Нормированная реактивная проводимость симметричной индуктивной диафрагмы.

Рис. 20-39. Нормированная реактивная проводимость несимметричной индуктивной диафрагмы.

Диафрагмы в прямоугольном волноводе могут быть симметричными, как показано на рисунке, или могут быть несимметричными, с расположением всех неоднородностей с одной стороны волновода. Связь между размерами диафрагмы и нормированным значением реа-

* Взято у N., Marcuvi 1 z Waveguide handbook. Radiation Laboratory series, 1951, vol. )0, G. L. R a g a n. Microwave transmission circuits. Radiation Laboratory Series, vol. 9, McGraw-Hill Book Company, Inc., New York, 1948.

1 Cm. Southworth (см. ссылку выше) или А. Т. Starr, Radio and radar technique, Sir Isaac Pitman and Sons, Ltd., London, 1953.



давлять или отражать другие частоты. Резонансные элементы в прямоугольных и круглых волноводах показаны на рис. 20-42. Размеры резонансной прямоугольной щели могут быть определены по формуле

(20-125)

где а, Ь, а и V показаны на рисунке, а А - резонансная длина волны в свободном прост-

у„ в

\o.s\o!s\o,3

О 0J 0,2 &3 OA 0.5 0.6 0J 0,8 й/Ь

Рис. 20-40. Нормированная реактивная проводимость симметричной емкостной диафрагмы.

оА \fi.s\o,

е\о.9

О.» djb

0.7 0,8

Рис. 20-41. Нормированная реактивная проводимость несимметричной емкостной диафрагмы.

ранстве. Необходимо отметить, что взаимная перемена мест открытой и закрытой частей сечения приводит к взаимному изменению передающей и отражающей функций элемента.

Величина Q может быть получена при применении таких элементов впределах 10-100.

Согласование сопротивлений и преобразование сопротивлений. Применение реактивных диафрагм. Индуктивные и емкостные диафрагмы, рассмотренные в предыдущих параграфах, применяют при подавлении на одной частоте стоячей волны, которая появляется в результате наличия неоднородностей или несогласованной нагрузки. Реактивная проводимость действует таким образом, что в линии устанавливается дополнительная стоячая волна,

равная по величине, но противоположная по фазе начальной нежелательной стоячей волны.

Соотношение между нормированной проводимостью и коэффициентом стоячей волны может быть найдено при помощи круговой диаграммы. Для этого необходимо определить расстояние по радиусу от центра диаграммы (единичное значение коэффициента стоячей волны) до точки совмещения значения нормированной реактивной проводимости н окружности единичного значения активной проводимости. Это расстояние, измеренное по радиаль-

Отрежа/Сшие секции




Рис. 20-42. Резонансные секции в прямоугольном и круглом волноводах.

ной линейке, определяет коэффициент стоячей волны, связанныйсчастным значением нормированной реактивной проводимости. Это соотношение для удобства также представлено1 в виде формулы (20-126) и на рис. 20-43:

В- 9~1 (20-126)

где В/К0 - нормированное значение реактивной проводимости, требуемое для компенсации стоячей волны напряжения с коэффициентом р.

Расстояние между требуемой реактивной проводимостью и ближайшим минимумом напряжения - это расстояние в длинах волн, которое отмеряется по внешней шкале круговой диаграммы от радиальной линии, соответствующей точке совмещения требуемого значения реактивной проводимости и единичной окружности активной проводимости, до оси активного сопротивления на диаграмме, отложенной в направлении уменьшения величины нормированного активного сопротивления.

Это соотношение также представлено 2 в виде формулы (20-127) и на рис. 20-44:

90°-arctg [В [2К„

-.-2(f- ш ( 1

1 Из Microwave transmission design data, p. 97, Sperry Gyroscope Co., May 1944, and Ragan (см. ссылку выше), p. 210.

2 См. предыдущую ссылку. :,



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 [191] 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233



0.0062