Раздел 3.2.5. Принципы функционирования и конструкции свч четырехполюсников, их электрическиемодели.

В настоящем разделе рассматриваются принципы функционирования и основные свойства четырехполюсников. Изучаются неоднородности в линиях пере­дачи- индуктивные и емкостные диафрагмы, настроечные штыри, резонансные окна; сочленения отрезков линий передач и переходы в линиях передачи- волноводы различных поперечных сечений, волновод- коаксиал, куоаксиал- микрополосковая линия; вращающиеся сочленения; согласующие устройства (реактивные диафрагмы и штыри, компенсирующий реактивный контур и трансформатор); возбудители электромагнитного поля; аттенюаторы (ослабители мощности); фазовращате­ли (взаимные), поляризаторы; проходные резонаторы; фильтры СВЧ. Дается представление о теоретических основах применения ферритов в устройствах СВЧ: невзаимные четырехполюсники, ферритовые устройства (фазовращатели, вентили, поляризаторы и т.п.).По разделу 3.2.5. предусмотрен тест5 текущего контроля.

3.2.5.1Неоднородности в линиях передачи

Реально в регулярной линии передачи присутствуют конструктивные эле-менты- неоднородности: устройства, обеспечивающие возбуждение электромаг-нитного поля, согласующие устройства, изогнутые отрезки линии передачи, раз-вевления, переходы, согласующие и фильтрующие устройства и т.п. Введение их в линию передачи влечет появление изменений в структуре поля распространяю-щейся электромагнитной волны.

Ранее было отмечено, что структура поля до неоднородности и после нее является суперпозицией волн, которые могут существовать в регулярной линии, подключенной к неоднородности.Так как число этих волн бесконечно, то и ря-ды, описывающие поля до и после неоднородности, в общем случае бесконечны. Следовательно, напряженности электрического поля до и после неодно-родности можно описать рядами вида

где a_nиb_n- амплитуды каждого из типов волн, каждый из которых может сущест-вовать в линии до неоднородности и после нее ; - вектор электри-ческого поля падающей на неоднородность волны.

Аналогичные выражения можно записать и для векторов магнитного поля. На поверхности неоднородности электрические и магнитные поля удовлетворяют определенным граничным условиям. Например, на тех элементах неоднородности, которые выполнены из металла, касательные составляющие элетрического поля и должны обращаться в нуль. Если часть или вся неоднородность выпол-нена из диэлектрика, то на границе диэлектрика должны быть непрерывны каса-тельные составляющие векторов поля и т. д. Поэтому коэффициенты a_nиb_n в ря-дах (5.1) следует выбирать так, чтобы выполнялись граничные условия на повер-хности неоднородности.

3.2.5.2. Сочленение отрезков линий передач

Сочленение элементов тракта СВЧ- весьма ответственный участок, так в этом месте происходит нарушение целостности волновода, что вызывает отра-жения от мест стыка, излучение электромагнитной волны. На практике приме-

няются контакные и дроссельные сочленения. Контактные сочленения выпол-няются в виде плоских фланцев. И качество сединения зависит от класса меха-нической обработки, параллельности и чистоты контактирующих поверхностей.

С целью улучшения качества сочленения используются различные способы гер-метизации пространства между фланцами, например, прокладки из мягкого ме-талла, выберающие зазоры. Из- за всех этих дополнительных мер стоимость их достаточно высока. Если требования к качеству согласования , уровню потерь не очень высоки, то целесообразно использовать дроссельные соединения, предста-вленный на рис. 5,1,а,б. Сочленение состоит из фланца с кольцевой канавкой (с правой стороны рисунка 5.1,а) и обычного- контакного (с левой стороны). Между центральной частью дроссельного фланца, ограниченного канавкой, и обычным фланцем оставлен зазорА- В длиной = где - длина волны, соответ-ствующая средней частоте рабочего диапазона), через который в канавку про-никает электромагнитная волна. В кольцевой канавке, как в коаксиальном кабеле

Рис.5.1,а,б

при мало отличающихся радиусах внутреннего и внешнего проводников, распро-страняется волна типа Н₁₁. Если глубину канавки выбрать, равной четверти длины волны , распространяющегося в ней колебания типа Н₁₁, т.е. , тообщая длина зазора и канавки будет равна приблизительно половине длины волны (см. рис 5.1,б).

Известно, что входное сопротивление закороченной на конце полуволновой линии передачи равно 0, что означает, что в точках а- а₁ существует хороший электрический контакт, в то же время в точках б- б₁ , где волноводы соединяются механически, ток равен 0, поэтому наличие небольщого зазора практически не ска-зывается на качестве соединения. На узких стенках волновода продольная соста-вляющая тока проводимости равна 0. Поэтому необходимо обеспечить достаточно хороший контакт в середине широкой стенки и внепосредственно прилегающих к середине точках. В связи с этим высота зазора точно равна четверти длины волны лишь в центре широкой стенки волновода.

Очевидным недостатком такого соединения является зависимость его пара-метров от частоты, поскольку только на средней частоте рабочего диапазона глу-бина канавки и длина зазора в сумме составляют половину длины волны, а сопро-тивление между точками а- б равно 0.