книги из ГПНТБ / Андреев Д.П. Механически перестраиваемые приборы СВЧ и разделительные фильтры

«леена полосковая стиральная линия 2. На входе и 'выходе по­ лосковой линии приклепаны контакты 6, припаянные к вч муфтам, которые укреплены на крышках 3. На другой стороне корпуса расположена ось 8, проходящая через опоры 7.

Диэлектрическая пластина 10 из материала АГ-4 может вра­ щаться на оси 8. Пружина 9 прижимает пластину 10 с поглотите­ лем 11 к регулировочному винту 14. Винт контрится гайкой 13. При вращении винта 14, скользящего по упору 12, поглотитель приближается к полосковой линии и тем самым увеличивается затухание.

Основные размеры аттенюатора, рассчитанного но приведенным формулам на максимальное затухание 10 дБ в диапазоне частот 500 МГц, даны на рис. 5.3, волновое сопротивление линии равно 75 Ом; коэффициент бегущей волны аттенюатора составляет не менее 0,85 в диапазоне частот ±10%; максимальная величина затухания аттенюатора составляет не менее 10 дБ;, начальное за­ тухание аттенюатора — около 0,5 дБ.

5.2. НАПРАВЛЕННЫЕ ОТВЕТВИТЕЛИ С ПЕРЕМЕННОЙ СВЯЗЬЮ

Назначение и требования

Направленные ответвители с переменной связью исполь­ зуются для регулировки уровня мощности, ответвляемой из трак­ та. Если к выходу основного тракта такого направленного ответ­ вителя подключить согласованную нагрузку, то получится пере­ менный аттенюатор. В нем мощность будет поглощаться в согла­ сованной нагрузке. Такие аттенюаторы целесообразно применять в трактах с высоким уровнем мощности, так как в них легко отво­ дить тепло от поглотителя.

К направленным ответвителям с переменной связью предъяв­ ляются требования высокого согласования, широкополосное™, большого предела изменения переходного затухания. Особенно трудно выполнить требование малого переходного затухания [55]. Ответвители с малым переходным затуханием назовем ответвите­ лями с полной связью.

Коаксиальный ответвитель с полной связью

Обычно коаксиальные направленные ответвители с пере­ менной связью выполняются на связанных четвертьволновых ли­ ниях, переходное затухание которых изменяется с изменением свя­ зи. Такие переменные коаксиальные ответвители имеют минималь­ ное затухание примерно 2 дБ и направленность 10ч-15 дБ. С целью сохранения согласования применяют различные способы. Одним из способов является сложное движение связанных линий (например, при раздвижении линии — они приближаются к кор­

211

пусу). При другом способе вводят дополнительные элементы сог­ ласования, имеющие самостоятельное движение при перемещений связанных линий. Эти меры необходимы для сохранения постоян­ ства волнового сопротивления линии, которое резко изменяется при изменении связи. Такие ответвители не имеют полного ответв­ ления мощности, и в них трудно достигнуть хорошего согласова­ ния. Кроме того, из-за малого зазора между линиями, снижается допустимая мощность. Описанные выше недостатки устранены в направленном ответвителе с полной связью {56]. Этот ответвитель обеспечивает изменение переходного затухания от больших значе­ ний до нуля, т. е. при определенной величине зазора между свя­ занными линиями он становится ответвителем с полной связью. Ответвитель имеет хорошее согласование без принятия специаль­ ных мер. Рабочие зазоры между связанными лгіниями позволяют применять ответвитель при большой мощности.

Такой ответвитель построен на основе коаксиальных мостов на связанных линиях [57]. Мост выполняется в виде отрезка экрани­ рованной двухпроводной линии (рис. 5.5). В качестве проводов двухпроводной линии используются две одинаковые прямоуголь­

вает двухтароводную линию с торцов и с боков. Прямо­ угольные пластины через эк­ ран переходят в централь­ ные проводники коаксиаль­ ных линий. Оболочки коак­ сиальных линий присоеди­ няются к экрану.

В таком устройстве энер­ гия, подаиная в одно из плеч,

БГ

//

2Г2

распространяется в виде симметричной и несимметричной воли и распределяется между остальными тремя плечами. При определен­ ном .соотношении между .волновыми сопротивлениями подводящих линий и волновыми сопротивлениями связанных линий для сим­ метричной и 'несимметричной .волн устройство оказывается согласо­ ванным, а энергия, поданная в плечо А, делится между плечами Б и В и не ответвляется в плечо Г. Фаза поля, ответвленного ів пле­ чо В, отстает на 90° от фазы поля в плече Б, Согласование и на­ правленность моста сохраняются в широком диапазоне частот.

Деление мощности между плечами Б и В происходит по зако­

ну

где п — коэффициент деления моста;

Рв , Рв — мощность в плечах Б и В;

А- п0 — коэффициент деления при длине моста, равной — ;

X — длина волны;

L— длина моста.

X

Поскольку выражение (5.1) имеет экстремум при •/= — , то

X

длина моста обычно выбирается равной — . При этом обеспечи­

вается наиболее равномерное деление мощности в широкой поло-

X

се частот. При длине моста, равной — , энергия, поданная в плечо

А, полностью переходит в плечо Б, не ответвляясь в другую ли-

где ро — волновое сопротивление подводящих линий;

Z++ — волновое сопротивление линии для несимметричной волны; Z+, — волновое сопротивление линии для симметричной волны, мост согласован,, пары плеч А, Г и Б, В развязаны, а энергия, по­ ступающая в плечи А или Г, делится между плечами Б я В по­ ровну.

В диапазоне свч большое влияние на характеристики моста оказывает согласование переходов от коаксиальной подводящей линии к связанным линиям моста, поэтому после предварительного

213

расчета моста требуется экспериментальная доработка перехода с целью 'получения максимума согласования.

Схема ответвителя приведена на рис. 5.6. Он состоит из корпу­ са 2, выполненного в виде прямоугольной коробки. іВ корпусе за­ ключены две П-образные связанные линии — 1 я 6. Линия 1 за­ креплена неподвижно, а линия 6 может перемещаться специальным механизмом. Две гибкие пружины обеспечивают возможность пе­ ремещения пластины б относительно пластины 1 для изменения зазора между ними. Четыре муфты — 3, 4, 7,8 — неподвижно за­ креплены на корпусе. П-образные линии образуют два каскадно соединенных моста — Ml и М2. Мост Ml образуют связанные ли­ нии ab и йіЬі; мост М2 — связанные линии cd .и C\d\. В начальном положении П-образных линий мосты Mt и М2 являются трехдецибельными.

Если энергия поступает в плечо 8, то мостом Ml в точках 6 и щ она разделится пополам,- Из точек b и щ энергия поступит в точки d и Си являющиеся входными для моста М2 и, складываясь, посту­ пит в плечо 4. Это следует из принципа работы трехдецибельного моста на связанных линиях.

При перемещении подвижной пластины 6 относительно непод­ вижной пластины 1 в сторону увеличения зазора коэффициент деле­ ния каждого моста будет увеличиваться, что приведет к появлению и дальнейшему увеличению мощности в плече 7 и к уменьшению мощности в плече 4. При значительном удалении линии вся энергия со входа ответвителя будет поступать в плечо 7. Таким образом, при раздвижении связанных линий от начального положения, соот­ ветствующего коэффициенту деления мостов Ml и М2, равному 1, происходит плавное перераспределение мощности между плечами 4 и 7. Плечо 3 нагружается балластной нагрузкой. Общая длина

•Вход и выходы ответвителя имеют хорошее согласование, по­ скольку полуволновая линия, даже имеющая различное волновое сопротивление, изменение которого обусловлено изменением величи­ ны связи при раздвижении (сближении) П-образных пластин, не вносит заметного рассогласования.

При использовании направленного ответвителя в качестве атте­ нюатора муфта 8 является входом, муфта 7 — выходом аттенюато­ ра. К муфте 4 подсоединяется рабочая нагрузка, а к муфте 3 — балластная нагрузка.

Конструкция ответвителя приведена на рис. 5.7. Одна из полос­ ковых линий 1 неподвижно закреплена при помощи изоляционных втулок 13 на основании корпуса. Вторая полосковая линия подвиж­ ная. Она жестко связана с направляющим стержнем 4. На крышке 9 установлена направляющая 6, по которой перемещается стер­ жень. Это движение осуществляется вращением винта 5, на кото­ ром закреплена шестерня 7. Вращаясь, винт заставляет двигаться стержень, а вместе с ним и полосковую линию.

214

ми выбрано таким, чтобы в указан­

ном положении .коэффициенты деления мостов Ml и М2 были р'а/в- іны единице.

Если энергия поступит в плечо 4, то мостом M l она разделится пополам в точках с и Сі. Из точек с и ct энергия поступит на вход

215

второго трехдецибельного моста М2 в точки сі и d{ и, складываясь, поступит в плечо 7. Это следует из принципа работы трехдецибельного моста.

При вращении линии 1 с корпусом 3 в направлении, указанном на іріі'С. 5.8 относительно линии 2, длины линий ас и сіа( бу­

от начального положения, соответствующего коэффициенту деления мостов Ml и М2, равному единице, происходит перераспределение мощностей между плечами 5 и 7. Плечо S нагружается балластной нагрузкой.

Если одно из плеч 5 или 7 соединить с нагрузкой, а второе сое­ динить с линией, то получится переменный аттенюатор с малым на­ чальным затуханием.

Конструкция ответвителя приведена на рис. 5.9.

ная пластина

Макет ответвителя с раздвижными линиями имеет следующие характеристики:

216

—рабочий диапазон частот— 10%;

—деление мощности между выходными плечами регулируется

от (0,1-У0,2) д Б до 25 дБ;

— коэффициент бегущей волны со стороны любого плеча при из­ менении затухания от начального до максимального — не ни­ же 0,8;

— направленность ответвителя — не менее 15 дБ.

Макет ответвителя с вращающимися линиями имеет следующие характеристики:

—рабочий диапазон частот — 10%;

—деление мощности от (0,1—0,2) дБ до 15 дБ1);

—коэффициент бегущей волны со стороны любого плеча при изменении затухания от начального до максимального ■— не ни­ же 0,8.

Волноводный ответвитель с переменной связью

В ряде случаев бывает необходимо изменять переходное за­ тухание в ответвляющем волноводе направленного ответвителя. Для этого могут использоваться: аттенюатор поглощающего типа, предельный аттенюатор или поляризационный аттенюатор. Аттеню­ атор поглощающего типа имеет большой разброс затухания по диапазону. Абсолютное значение затухания меняется со временем. В предельных аттенюаторах велико начальное затухание. Поляриза­ ционный аттенюатор имеет большие размеры. Для перечисленных аттенюаторов характерно поглощение мощности, что приводит к ухудшению кпд системы.

В направленном ответвителе с переменной связью эти недостат­ ки устраняются, так как ответвитель не поглощает энергии при из­ менении затухания и габариты его меньше, чем габариты систе­ мы — ответвитель с постоянным затуханием и переменный аттеню­ атор.

Волноводный направленный ответвитель с переменной связью [58] изображен на рис. 5.10а. Ответвитель состоит из двух параллель­ но расположенных волноводов, образованных корпусом 7 и крыш­ ками 5. Волноводы расположены на некотором расстоянии друг от друга, параллельно широким стенкам. Между волноводами распо­ ложены подвижные штоки 3, перемещающиеся в поперечном на­ правлении. В штоках имеются отверстия, в которые помещены эле­ менты связи 4, представляющие собой коаксиальную линию. Изо­ ляцией центрального стержня 4 служит диэлектрическая втулка 6. Выступающий в основной и ответвляющий волновод центральный стержень 4 является элементом связи. Подвижные штоки 3 скреп­ лены планкой'и перемещаются синхронно при помощи механизма поперек широкой стенки волновода.

*) Максимальное затухание в этом типе ответвителя ограничивается на­ правленностью ответвителя, максимальная величина которой составляет 20-г-

-н25 дБ.

217*

Электрическое июле ів сече- ніиіи волновода изменяется но синусоидалиному закону: имеет максимум ів центре волновода и нуль у баковой станки. При перемещении етержіней 'связи 4 к боковой стейке волновода они 'попадают в область 'более слабого электрического ноля. Ослабление происходит неза­ висимо от частоты и зависит только от смещения стержней связи относительно оси волно­ вода, подчиняясь закону

стержней связи по оси волно­ вода, дБ; а —размер сечения волновода

по широкой стенке; Аа —смещение етержіней связи ют оси волновода.

■Начальное затухание при положении етержіней связи по оси волновода зависит от глу­ бины их погружения в волно­ вод и определяется экспери­ ментально. 'Количество элемен­ тов связи и их переходное за­ тухание рассчитываются в за­ висимости от рабочей полосы и необходимой направленности [43], [65]. Расстояние между элементами связи должно

■быть кратно — .

На рис. 5Л06 приведена конструкция ответвителя.

Описанный переменный от­ ветвитель .работает в санти­ метровом диапазоне и имеет следующие характеристики:

— диапазон частот — 7,5%;

218

—начальное затухание — 23 дБ;

—максимальное затухание — 43 дБ;

—направленность — не менее 30 дБ;

—погрешность затухания по диапазону — не более +0,3 дБ;

—коэффициент бегущей волны — не менее 0,95.

5.3. ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ

Волноводные переключатели

Переключатели предназначаются для коммутации свч трак­ тов, например для переключения основных, резервных и контроль­ ных приемников и передатчиков. Эти переключатели должны быть широкополосными, иметь малые потери в рабочем канале (0,1 +- + 0,2 дБ), высокое согласование (к б в^ 0,8+0,95) и большое зату­ хание (до 50+80 дБ) между соседними каналами.

В волноводных переключателях эти требования легко выполня­ ются с помощью роторных конструкций [59]. Роторный переключа­ тель состоит из корпуса, к которому подсоединяются коммутируе­ мые каналы, и ротора, который поворачивается для переключения каналов. Ротор содержит один или два прямоугольных волноводных изгиба или уголка в Е (Н )-плоскостях. Просачивание энергии меж­ ду каналами определяется зазором между ротором и корпусом и обычно составляет около 50 дБ. Для уменьшения этого просачива­ ния применяется система дросселей и поглощающих вставок в ро­ торе и корпусе. Время коммутации роторных переключателей составляет 0,5+1 с. Переключатели этого типа выполняются как с ручным, так и с электромеханическим управлением.

Уменьшение времени переключения может быть достигнуто уменьшением массы коммутирующего элемента. На рис. 5.11 изоб­ ражена конструкция такого переключателя с коммутирующим эле­ ментом в виде лепестка. Переключатель состоит из корпуса 1, с тремя волноводными выходами, расположенными под углом 120°, коммутирующего лепестка 2 и конуса 3. В корпусе переключателя имеются волноводные каналы с общим отверстием, перекрываемым подвижным лепестком. В зависимости от положения лепестка один из волноводных каналов оказывается закрытым, а второй — рабо­ чим. Для обеспечения высокой развязки между рабочим и нерабо­ чим каналами коммутирующий лепесток имеет сечение в виде дву­ тавра, внутренняя часть которого заполнена поглотителем вч энер­ гии. Зазор между лепестком и стенками корпуса должен быть по возможности минимальным (в пределах нескольких сотых милли­ метра). Для предотвращения возможного затирания лепестка в конструкции должны быть приняты меры против прогиба верхней и нижней стенок корпуса. Для обеспечения согласования в волновод­ ных каналах переключателя служит отжимной конус 3, который при

219

переключении лепестка образует с боковой стенкой волноводного канала прямую стенку.

Переключатель имеет развязку между каналами около 60 дБ. Увеличение развязки (до 804-90 дБ) достигается установкой на лепесток вместо поглощающего материала контактных пружин.

При. этом момент на валу возрастает примерно в 3 раза. Время на переключение в переключателе лепесткового типа составляет 50-f-

Ч-100 мс.

Уменьшение времени коммутации может быть достигнуто заме­ ной. вращательного движения коммутирующего элемента на посту­ пательное (рис. 5.І2) [60]. В корпусе. 1 волноводного переклю.чатетеля установлен металлический коммутирующий элемент 2 цилинд­ рической формы, управляемый не показанным на чертеже привод­ ным двигателем, от которого производится перемещение элемента 2 в осевом направлении. В боковых гранях корпуса 1 расположены три волноводных окна для соединения переключателя с коммути­ руемыми каналами.

Коммутирующий элемент 2 имеет две изогнутые волноводные секции — 3 и 4, расположенные одна над другой. В верхнем поло­ жении коммутирующего элемента 2 нижняя секция соединяет меж­ ду собой два из трех волноводных окон иа корпусе переключателя. Третье окно при этом перекрыто сплошной цилиндрической стенкой элемента 2. При перемещении коммутирующего элемента в направ­ лении, перпендикулярном плоскости размещения коммутируемых каналов, между собой соединяются два других окна на корпусе пе­ реключателя.

220