Глава 13

ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ТЕХНИКИ СВЧ

13.1. Сочленение отрезков линий передачи

Тракты СВЧ состоят из ряда элементов, соединенных друг с другом. Для упрощения ремонта и транспортировки их обычно де­лают разборными. Любое нарушение целостности тракта эквива­лентно введению неоднородности. Поэтому даже едва заметный зазор между сочленяемыми отрезками линий передачи либо не­большое смещение их друг относительно друга вызывают отраже­ния в тракте и дополнительные тепловые потери. Излучение через зазор части энергии электромагнитной волны, распространяющей­ся по тракту, может, кроме того, привести к паразитным связям между его элементами. К сочленениям (разъемам) предъявляется ряд требований: сохранение согласования в тракте и его электри­ческой прочности, внесение минимального ослабления в переда­ваемую мощность, отсутствие паразитного излучения и др. Для этого, как правило, в плоскости контакта сочленяемых отрезков линии передачи нужно обеспечить малое сопротивление для про­дольных токов. На практике применяют разъемы двух типов: кон­тактные и дроссельные.

При контактном сочленении волноводов к концам соединяе­мых отрезков припаиваются плоские фланцы. На рис. 13.1 показа­но контактное сочленение прямоугольных волноводов с одинако­выми размерами поперечных сечений. Качество электрического контакта в месте сочленения зависит в основном от тщательности механической обработки, параллельности и чистоты контактирую­щих поверхностей. Чтобы уменьшить тепловые потери и потери на

излучение между фланцами 1 вводят тонкую бронзовую прокладку 2 с пружинящими лепестками. Защита сочленения от пыли и влаги, проникающих из окружающего пространства, осуществляется с помощью резиновых уплотнительных колец 3, уложенных в специ­альные канавки на фланцах. Герметизация волновода позволяет поддерживать в нем повышенное давление газа, если требуется увеличить предельную мощность волновода. Коэффициент отра­жения от хорошо выполненного контактного сочленения обычно не превышает 0,001 при потерях менее 0,01 дБ во всей рабочей по­лосе частот волновода. Поэтому контактные сочленения применя­ют в особо точной измерительной аппаратуре, в широкополосных системах связи (спутниковых, радиорелейных). Недостатками кон­тактного сочленения являются относительно высокая стоимость из-за жестких требований, которые приходится предъявлять к точ­ности изготовления, а также ухудшение качества контакта при мно­гократных сборках и разборках вследствие окисления металла в месте контакта.

В коаксиальных линиях конструкция контактного сочленения несколько усложняется, так как требуется одновременно обеспе­чить хороший контакт как центральных, так и внешних проводников соединяемых отрезков. Сведения о таких разъемах приведены в [33].

Если требования к качеству согласования, уровню потерь и широкополосности не столь жестки, целесообразно использовать дроссельное сочленение.

Дроссельное сочленение прямоугольных волноводов (рис. 13.2) образуется двумя различными по конструкции фланцами: обыч­ным контактным 1 и дроссельным 2 с кольцевой канавкой 3. Между частью торцевой поверхности фланцев (от волновода до канавки) оставлен зазор 4, через который поле из волновода проникает в канавку 3. Структура силовых линий электрического поля в дрос­сельном сочленении при распространении основной волны во волноводу показана на рис. 13.2. При этом кольцевую канавку 3 можно рассматривать как отрезок короткозамкнутой коаксиальной линии, в котором устанавливается стоячая волна типа Н₁₁ с дли­ной волны радиусы

кольцевой канавки (см. рис. 13.2). Зазор меж­ду фланцами (от области механического контак­та В до соединяемых волноводов) представляет собой отрезок радиальной линии [39], длина волны низшего типа в которой равна λ. Эквива­лентная схема дроссельного сочленения показа­на на рис.13.3, где R_K-сопротивление механиче­ского контакта в области В. Если на средней час­тоте рабочего диапазона выбрать глубину канав­ки l₂ равной Λ/4, а длину зазора до канавки l₂ равной λ/4, то образуются два четвертьволновых трансформатора. При этом сопротивление зазо­ра между соединяемыми волноводами будет рав­но нулю при любых значениях R_K, поскольку последовательно с ним включено бесконечно большое входное со­противление короткозамкнутого четвертьволнового отрезка коак­сиальной линии.

Поэтому такое сочленение не критично к качеству механического контакта и небольшим перекосам фланцев.

Очевидным недостатком дроссельного сочленения является зависимость его параметров от частоты, так как сопротивление зазора между соединяемыми волноводами равно нулю только на средней частоте. Коэффициент отражения от тщательно изготов­ленного дроссельного сочленения обычно не превышает 0,02 в полосе ±15 % от центральной частоты рабочего диапазона. Анало­гично строятся дроссельные сочленения для соединения отрезков круглого волновода или коаксиальной линии.