3.2.7.4 Квадратные мосты

Коаксиальный квадратныймост представляет собой симметричное последовательное или параллельное сочленение отрезков коаксиальной линии. При параллельном сочленении волновые проводимости и длина отрезков подбирается обычно, как показано на рис.7.6. На этом же рисунке указаны размеры элементов моста. Аналогично выполняется квадратный мост на основе прямоугольных волноводов.

Возбуждение плеча 1 волной единичной амплитуды эквивалентно одновременно синфазному и противофазному возбуждению плеч 1 и 4 волнами половинной амплитуды. Эпюра напряжений и токов в элементах моста при синфазном возбуждении плеч 1 и 4 и включении согласованных нагрузок в плечах 2 и 3 изображена на рис.7.8. В точках Е и Fмоста, равноудаленных как от входа 1, таки от входа 4, напряжения, создаваемые синфазными волнами, складываются в фазе, а токи вычитаются, что соответствует режиму холостого хода в сечении линий, где расположены точки Е и F. Очевидно, что указанное на рис. 7.7 распределение тока и напряжения не изменится, если действительно осуществить режим холостого

Рис.7.6

Рис. 7.7

хода, т. е. если разомкнуть линии в точкахЕ иF. Поэтому анализ моста при синфазном возбуждении сводится к анализу двух одинаковых и не связанных друг с другом сочленений, изображенных на рис.7.8. Временная векторная диаграмма полей в плечах моста при синфазном возбуждении моста показана на рис.7.9,а. При противофазном возбуждении моста согласование моста сохранится. Соответствующая векторная диаграмма полей в плечах моста изображена на рис. 7.9,б. Как видно из рис. 7.9, при возбуждении плеча 1волной единичной амплитуды

Рис.7.8

Рис.7.9

энергия делится поровну между плечами 2 и 3 , причем поля в плечах 2 и 3 сдвинуты по фазе друг относительно друга на 90⁰. Так как в режиме синфазного и противофазного возбуждения плечо 4 идеально согласовано, то из плеча 1 в плечо 4 энергияне поступает.

Рис.7.10,а,б,в

Суммарная векторная диаграмма изображена на рис.7.10,в. Из диаграммы следует, что при возбуждении плеча 1 волной единичной амплитуды энергия делится поровну между плечами 2 и 3, причем поля в плечах 2 и 3 сдвинуты по фазе друг относительно друга на 90⁰. Так как в режиме синфазного и противофазного вазбуждения плечо 4 идеально согласовано, то из плеча 1 в плечо 4 энергия не поступает.

3.2.7.5 Направ­ленные ответвители

Направленный ответвитель (четырехплечее сочленение, восьмиполюсник), обладающее тем свойством, что при возбуждении любого из его плеч, энергия в одно из выходных плеч не поступает и делится между двумя другими плечами.

В простейшем варианте ответвитель состоит из двух связанных между собой линий – основной (волновод Iс плечами 1 и 2), по которой проходит основной

Рис. 7.11

поток электромагнитной энергии, и вспомогательной (волновод IIс плечами 3 и 4), куда ответвляется часть энергии (см. рис. 7.11).

Возможность разделения падающей и отраженной волн (результат интерференции волн, возбуждаемых в плечах вспомогательной линии) определяет основное свойство направленного ответвителя, которое и используется для измерения коэффициента отражения, являющегося отношением этих величин.

Из характеристик направленного ответвителя прежде всего отметим коэффициенты переходного ослабленияС и направленности D:

(дБ); (7.3)

(дБ), (7.4)

где – мощности электромагнитной волны на соответствующих плечах.

Коэффициент переходного ослабленияСзависит от размеров, числа, положения, типа элементов связи и может меняться от нуля до бесконечности. Ответвители с величиной переходного ослабленияС=3 дБ, в которых электромагнитная энергия делится поровну между плечами 2 и 4, называются мостами. ЕслиС>3 дБ, то такие устройства называются ответвителями со слабой связью; их можно отнести к развязывающим устройствам. Существуют ответвители с полной связью, передающие всю мощность в одно из плеч вспомогательной линии. Идеальный направленный ответвитель при условии полного согласования со стороны всех его плеч имеет . На практике осуществить полное согласование даже на одной частоте невозможно. Направленные ответвители конструктивно могут быть выполнены на основе волноводных, коаксиальных, полосковых и других линий передач. Различают ответвители с одним или несколькими отверстиями связи, с распределенной связью.

В простейшей конструкции направленного ответвителя связь волноводов осуществляется с помощью двух одинаковых отверстий связи в общей узкой стенке, разнесенных на расстояние (рис. 7.11). Каждое отверстие возбуждает две пары волн А, A¹иB,B¹ равных амплитуд, распространяющихся в противоположные стороны в направлении плеч 3 и 4 во вспомогательном волноводе II. Волны A¹иB¹, распространяющиеся в направлении плеча 3, оказываются в противофазе и взаимно компенсируется. Это обусловлено тем, что волна B¹ проходит в волноводе IиII в сторону плеча 3 дополнительный путь, равный , по сравнению с волной А: путь равный в волноводе I и – в волноводе II. Волны А и В, распространяющиеся в сторону плеча 4, складываются в фазе, образуя одну волну.

Таким образом, ответвитель отводит часть мощности только в то плечо 4-вспомогательного волновода II, которое расположено по ходу распространения волны в основном волноводе I. Однако, описанная конструкция имеет существенные недостатки: узкополосность (из-за неизменного расстояния между отверстиями связи), недостаточное ослабление и сравнительно небольшую направленность. Значительно лучшей является конструкция многодырочного направленного ответвителя. Многодырочный направленный ответвитель (рис. 7.12) со связьюволно-

Рис. 7.12

водов I и II через узкую стенку можно рассматривать как комбинацию нескольких двухдырочных ответвителей. Наибольшую широкополосность имеют ответвители с расстоянием между отверстиями связи равным .