книги из ГПНТБ / Семенов Н.А. Техническая электродинамика учеб. пособие для электротехн. ин-тов связи

13.3. Элементы коаксиальной линии

СОЕДИНЕНИЯ

По коаксиальной линии в обычном режиме распространяется толь­ ко волна ТЕМ. При соединении двух линий непрерывность тока и напряжения обеспечивается равенством их характеристических со­ противлений. Если длина волны K>50b (Ь — радиус внешнего про­ водника) или геометрические размеры соединяемых линий практи­ чески одинаковы, коэффициент отражения от соединения рассчи­ тывается по ф-ле (8.54), где 2=Zc2/Zc i.

ными размерами проводников (рис. 13.1). Ступеньки на проводни­ ках приводят к местному сужению, где создается дополнительное электрическое поле. Это поле реактивно, так как не связано с пе­ реносом энергии. На эквивалентной схеме оно представлено шун­ тирующей емкостью, величина которой рассчитывается по эмпири­ ческим формулам [23].

В переходах, где волновые сопротивления обеих линий равны

Рис 13.2

ное электрическое поле; участок А с размерами Ъ2 и сії и повышен­ ным характеристическим сопротивлением Zc= УLi/Ci эквивален­ тен включению дополнительной индуктивности, так как здесь обра­ зуется местное реактивное магнитное поле. При равенстве энергий электрического и магнитного полей в месте перехода возникает ре328

его диаметра, что увеличивает Z c (рис. 13.46). Замена этого излома двумя по 45° приводит к тому же результату. Если расстояние меж - ду «ими составляет Л/4, отраженные от двух сечений волны оказы­ ваются в иротивофазе, так .как путь одной из них на Х/2 больше, чем другой. В определенной полосе частот эти волны почти пол­ ностью компенсируются.

13.4. Сочленения и изгибы волноводов

Другие формулы для определения характеристического сопро­ тивления отличаются от (13.8) постоянным коэффициентом, близ­ ким к единице. Для расчета коэффициента отражения имеет зна­ чение лишь отношение характеристических сопротивлений, которое в соответствии с более точным анализом записывается в виде [35]:

При небольших уступах на узкой стенке сомножитель в фигур­ ной скобке близок к единице, и выражение (13.9) сводится к (13.8).

На уступах в плоскости сочленения возникают токи и заряды, создающие местные реактивные поля, что приводит к дополнитель­ ным отражениям. Эти поля эквивалентны шунтирующим реактив­ ным проводимоетям, как показано на рис. 13.1. Расчетные графики для указанных проводимоетей можно найти в справочниках [35]- Если на стыке прямоугольных волноводов одновременно увеличи­ ваются (или уменьшаются) оба размера а и Ь, то условие резо­ нанса реактивных проводимоетей, приводящего к их взаимной ком­ пенсации, совпадает с условием равенства характеристических со-

зэа

противлении но (13.8), І( 13.9). Как общее правило следует принять, что изменение размеров волновода на стыке не должно превышать 10-f-20% и что симметричные сочленения предпочтительнее асим­ метричных.

СОЧЛЕНЕНИЯ ВОЛНОВОДОВ С ОДИНАКОВЫМИ НОМИНАЛЬНЫМИ РАЗМЕРАМИ

Длинные тракты из жестких волноводов для удобства производ­ ства и монтажа изготавливаются из отдельных волноводных сек­ ций, которые соединяются при помощи фланцев. Конструкция сты­ ка должна иметь хороший электрический контакт по внутреннему периметру волноводов для 'пропускания поверхностных токов, ве­ личина которых достигает 100 А/см. Сочленение должно быть ме­ ханически прочным и, как правило, герметичным.

качества контакта применяют мягкие прокладки: медно-асбесто- вую, медную, алюминиевую, иногда прокладку покрывают слоем индия, образующим хорошее несварное соединение. Используется также бронзовая рассеченная прокладка с упругими зубцами, раз-

г

1111111II

— /

бронзовая

прокладка

Рис. 13.6

прокладку из специальной резины. Контактное соединение обес­ печивает хорошее 'согласование волноводов: коэффициент отраже­ ния Г « 0 , 1 % во всей частотной полосе. Для этого необходимо вы­ держивать внутренние размеры волноводов с точностью 0,2%, бо­ ковое смещение соединяемых секций не должно превышать 1%, взаимный поворот—.2°. На любом уступе в месте 'Соединения воз­ никают реактивные поля, которые ухудшают согласование. Чтобы обеспечить точное совпадение волноводов, во фланцах предусмат­ ривают дополнительные отверстия М и шпильки 111. Контактные соединения относительно дороги, а их качество существенно ухуд­ шается после нескольких повторных сборок, поэтому их применяют в неразборных волноводных трактах.

типа Ню (рис. 9.9). На узких стенках токи поперечны и здесь щель между секциями, параллельная токам, не препятствует прохож­

кального отрезка Г-образной линии по ее сечению). Электрический

с равной шириной обоих проводников); характеристическое сопро­

Лучший результат получается при использовании линии, состав­ ленной из двух четвертьволновых отрезков с разными характери­

ное сопротивление четвертьволнового короткозамкнутого отрезка в сечении контакта ЭК. Это сопротивление является нагрузкой для первого четвертьволнового отрезка, входное сопротивление которо­ го в плоскости стенок волновода уменьшается. Конкретные расчеты несложно провести с помощью круговой диаграммы сопротивлений (рис. 8.18). Хорошо выполненное дроссельное соединение обеспе­ чивает коэффициент отражения Г=£С1% в полосе частот поряд­ ка 20%.

Дроссельное соединение допускает меньшую по сравнению с контактным точность изготовления волноводов, не столь чувстви-

магнитной энергиями, существующий в бегущей волне; часть Элек­ трам ашитного поля волны (преобразуется в реактивное электриче­ ское поле диафрагмы. Поэтому на эквивалентной схеме диафрагма представлена емкостной (положительной) реактивной проводи­ мостью. Ее нормированное значение, полученное аналитически:

дополнительные потери. Емкостные диафрагмы применяются срав­ нительно редко, так как они уменьшают допустимую мощность, пе­ редаваемую по волноводу, создавая условия для возникновения пробоя в сечении диафрагмы.

И н д у к т и в н а я д и а ф р а г м а (рис. 13.11) имеет щель, па­ раллельную узким стенкам волновода. Падающее на диафрагму электромагнитное поле создает в ней значительные токи, парал-

Симметричная Несимметричная

Рис. 13.11

лельные ее кромкам. Вследствие этого в реактивном поле преоб­ ладает магнитная составляющая, что эквивалентно включению в сечение диафрагмы шунтирующей индуктивности. Качество кон­ такта с боковыми стенками несущественно и уменьшение мощности пробоя незначительно. Поэтому такие диафрагмы получили боль­ шее распространение; часто используются несимметричные диа­ фрагмы в виде пластины с одной стороны волновода. Нормирован­ ная проводимость эквивалентного диафрагме индуктивного шунта:

где Xo — расстояние оси диафрагмы от узкой стенки волновода. Дл я

в нем набегающей волной. Активной мощности он почти не погло­ щает.

В какой-то мере он эквивалентен линии с волной ТЕМ, замкну­ той с одной стороны и разомкнутой с другой. У основания штыря ток и окружающее его магнитное поле максимальны. Электрическое реактивное поле имеет наибольшие значения у конца штыря. Экви­ валентная схема штыря представляет собой последовательное вклю-

/>/о возбуждают преимущественно магнитное поле и эквивалентны шунтирующей индуктивности.

Эквивалентная реактивная проводимость штыря максимальна, когда он находится на оси волновода (хо=0) в максимуме попереч­ ного поля, и при перемещении его в поперечной плоскости изме­ няется по закону sin2 (ях0/а), т. е. соответствует изменению мощно­ сти волны, возбужденной излучающим штырем в волноводе [ф-ла (9.63)]. Другими словами, она пропорциональна квадрату напря­ женности электрического поля основной волны в том месте, где

СТЕРЖНЕВЫЕ ДИАФРАГМЫ

В волноводных резонаторах и фильтрах широко применяются ин­ дуктивные диафрагмы, состоящие из нескольких равноотстоящих