13.3. Трансформаторы типов волн. Вращающиеся сочленения

В трактах СВЧ могут использоваться отрезки линий передачи разного типа. Поэтому весьма распространенными узлами трактов являются трансформаторы типов волн, иногда называемые пе­реходами с одной линии передачи на другую. Такие устройства, располагающиеся между соединяемыми линиями разных типов или между линиями одного типа, имеющими разные размеры по­перечного сечения, должны эффективно преобразовывать волну одного типа в волну другого типа или волну одного типа в волну того же типа, но с другими параметрами. Эти устройства должны обеспечить допустимое согласование с подключаемыми линиями в требуемой полосе частот, высокий КПД и необходимую элект­рическую прочность. Поэтому подобные двухплечные устройства могут быть представлены эквивалентным взаимным четырехпо­люсником. В идеальном случае это согласованный четырех­полюсник, описываемый матрицей ||S|| (12.43) при N=2, где S₁₁= S₂₂ = 0 и S₁₂ = S₂₁=exp(-iφ). Фазовый сдвиг φ возникающий между волнами на входе и выходе трансформатора, зависит от выбора плоскостей отсчета фаз в его входном и выходном плечах. По­добные переходы (многоступенчатые и плавные) между линиями одного типа, работающими на основном типе волны, но имеющими разные размеры поперечного сечения, рассматривались в гл.12. Отметим, что описанные ранее устройства (см. рис. 13.5-13.12) представляют собой трансформаторы ТЕМ-волны, распространяю­щейся в коаксиальной линии, в одну из волн прямоугольного или круглого волновода. Иногда такие устройства называют коаксиально-волноводными переходами.

Если прямоугольный и кру­глый волновод работают в одноволновом режиме на низшем типе волны, то для перехода от одного волновода к другому чаще всего используют плав­ный переход с постепенной де­формацией формы поперечно­го сечения от прямоугольной к круглой (см. рис.13.14). При длине такого перехода l>Λ, волны высшего типа практически не воз­буждаются и волна Н₁₀ плавно трансформируется в волну Н_11. При этом полоса согласования перехода получается весьма широкой (см. гл.12).

Переходы между коаксиальной линией и полосковыми ли­ниями (СПЛ или МПЛ), работающими на низшем типе волны, как правило, строятся по схемам, изображенным на рис. 13.15 и 13.16 и называемым соосной (см. рис. 13.15) или перпендикулярной (см. рис. 13.16). Обозначения поперечных размеров СПЛ (см. рис. 13.15) и МПЛ (рис.13.16) те же, что и на рис.10.39 и 10.45 соответственно. Волновые сопротивления сочленяемых линий делают одинако­выми. Внутренний диаметр внешнего проводника коаксиальной линии обычно выбирают равным b при переходе на СПЛ (рис. 13.15) или 2Л при переходе на МПЛ (рис. 13.16). Для расши­рения полосы согласования соосной конструкции (рис. 13.15) ис­пользуют плавный переход от внутреннего проводника коакси­альной линии к полоске СПЛ. Согласование перпендикулярной конструкции (рис.13.16) обеспечивается подбором металлического стержня 2R₁ вводимого в МПЛ, диаметра отверстия D в экране МПЛ, а также подбором длины согласующего шлейфа l_шл, разомк­нутого на конце.

Вращающиеся сочленения необходимы в тех случаях, когда энергия электромагнитных волн передается от неподвижного пере­датчика к антенне, вращающейся в горизонтальной или верти­кальной плоскости. Эти сочленения следует выполнять так, чтобы уровень мощности, поступающий в антенну, не зависел от ее угло­вого положения. Для этого в конструкции таких сочленений ис­пользуют линии передачи, энергию по которым переносят волны со структурой поля, обладающей осевой симметрией. Этому тре­бованию удовлетворяют коаксиальная линия с ТЕМ-волной, круг­лый волновод с волной Н₁₁, имеющей круговую поляризацию элек­трического поля. Одна из возможных конструкций вращающегося сочленения схематически изображена на рис. 13.17. Мощность, переносимая волной Н₁₀ по прямоугольному волноводу, через коаксиально-волноводный переход поступает в коаксиальную линию. Центральный проводник коаксиальной линии поддерживается с помощью двух Т-изоляторов, представляющих собой четвертьвол­новые короткозамкнутые коаксиальные шлейфы, включенные па­раллельно основной линии. Входное сопротивление шлейфов зна­чительно больше волнового сопротивления основной коаксиаль­ной линии, поэтому Т-изоляторы слабо влияют на передачу энергии по коаксиальной линии при условии, что устройство рабо­тает в сравнительно узкой полосе частот. Через второй коаксиально-волноводный переход мощность из коаксиальной линии посту­пает в прямоугольный волновод на выход вращающегося сочле­нения. Между подвижной частью 2 (рис. 13.17) и неподвижной 1 включено дроссельное сочленение, благодаря чему сохраняется хороший электрический контакт между вращающейся и неподвиж­ной частями устройства даже при наличии небольшого зазора в сечении АА (рис. 13.17). Аналогично строятся вращающие сочле­нения с использованием круглого волновода.