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

на сумме bm, вычисленных для одиночного штыря [ф-ла (13.13)], так как сильное взаимодействие .между созданными ими полями не позволяет рассматривать стержни диафрагмы независимо. Тео­ ретические формулы и графики для расчета эквивалентной прово­ димости стержневых диафрагм имеются в ([25] и [35]. В качестве

примера один из таких графиков для нормированной проводимости трехстержневой диафрагмы приведен на рис. 13.14.

Во избежание непосредственного взаимодействия между двумя близлежа­ щими диафрагмами необходимо, чтобы реактивное поле диафрагмы быстро умень­ шалось по длине .волновода. В соответствия с ф-лой (9.67) коэффициент ослаб­ ления этого поля пропорционален /кр соответствующей нераспространяющейся волны. Важно поэтому, чтобы диафрагма не возбуждала типов волн с малыми индексами я относительно низкой критической частотой.

Покажем, что ближайшей возбуждаемой волной для диафрагмы с р равно­ отстоящими стержнями является #(2р+і)о. Действительно, основная волна типа

оси у. Из сравнения эпюр поля ряда волн типа Нт о видно, что одиночный стер­ жень на оси волновода возбудит все волны с нечетными т (первая из них типа Язо). Волны, с четными индексами имеют антисимметричное поле Е я не возбуж­ даются при любом числе стержней. При двух стержнях первой возбуждается волна типа Я 5 0 , при трех— волна типа #70 и т. д.

КОРОТКОЗАМЫКАЮЩИЕ ПОРШНИ

В том случае, если длину короткозамкнутого отрезка линии или волновода нужно регулировать, на их конце устанавливают пор­ шень. Он должен отражать всю падающую на него волну. Поршни

применяются для настройки объемных и коаксиальных резонато­ ров, согласования возбудителей и т. п.

Основные требования к поршню; минимальные потери в контак­ тах, не изменяющиеся при его перемещении; отсутствие искрения в контактах; стабильность работы во времени и при изменении тем­ пературы; постоянство положения плоскости. отражения волны

(плоскости короткого замыкания) относительно поршня.

Простейший контактный поршень в виде поперечной металли­ ческой пластины, соответствующей по форме и размерам попереч­ ному сечению волновода, не удовлетворяет поставленным требо­ ваниям даже при изготовлении с весьма жесткими допусками.

Лучше работает поршень с упругими контактными лепестками (рис. 13.16а). Точка контакта перенесена на расстояние Л/4 от плоскости короткого замыкания (К) в узел тока стоячей волны.

в)

Soma

Рис. 13.16

Недостатки этого поршня: непостоянство сопротивления контакта при перемещении поршня, постепенное изнашивание контактных лепестков, искрение при большой мощности.

Чаще применяют дроссельные поршни (рис. 13.166), в которых контакт перенесен на расстояние (А./4) за плоскость К. Небольшая часть падающей волны проникает в узкие зазоры между поршнем и наружной стенкой (рассматриваемые как ленточные линии) и отражается от конца лабиринта длиной К/2, что обеспечивает ее синфазность с волной, отраженной от самого поршня. Электричес­ кий контакт находится в узле тока, и его качество поэтому не очень существенно.

На рис. 13.16s показан бесконтактный поршень в коаксиальной линии, действие которого основано на принципе трансформации сопротивлений. Характеристическое сопротивление линии за сече­

между стенкой и поршнем образуется тонкой пленкой окисла на поршне, например оксидной пленкой на алюминии толщиной около 10'М'км. Тогда, с учетом обоих коаксиальных зазоров, характеристи­ ческое сопротивление на участке KM Z c i = l Ом, сопротивление в се­ чении КК Z B X = 0,013OM И коэффициент отражения на расчетной частоте Гж0,99965. Пленка окисла выдерживает напряжение по­ рядка 1—2к:В, поэтому использование такого поршня в контурах триодных генераторов и усилителей свч дает возможность подавать разные постоянные потенциалы на электроды лампы.

Трансформирующий поршень (рис. 13.16г) имеет три участка с разными характеристическими сопротивлениями. Легко рассчитать входное сопротивление такого поршня: ^ в х =

Z2cXZyZ2c2ZCb Очевидно, малыми должны быть Z c i и Zc 3 , а Z c 2 и ZC4, наоборот, желательно сделать большими.

Хорошо выполненные поршни обеспечивают коэффициент отра­ жения более 99% и даже 99,9%. Недостаток всех описанных порш­ ней— зависимость модуля и фазы коэффициента отражения от ча­ стоты. Обычно полоса частот, где дроссельные поршни работают удовлетворительно, не превышает 104-20 %.

13.6. Неотражающие устройства

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ФАЗОВРАЩАТЕЛЬ

Имеются устройства, которые преобразуют определенным образом параметры проходящей волны, обладая в то же время малым ко­

13.18в). С этой же целью поддерживающие диэлектрические стер­ жни (ДС) располагают на расстоянии Л/4 друг от друга. Благо­ даря малым отражениям работу этих устройств, можно проанали­

лируемой разности фаз волны между его входом и выходом.

Рассмотрим фазовращатель, состоящий из продольной диэлек­ трической пластины с малыми потерями (фторопласт, кварц), рас­ положенной параллельно линиям электрического поля в волноводе (рис. 13.17) и уменьшающей фазовую скорость волны. Используем основную формулу метода возмущений (13.7), считая потери в-

Полагая, что эта составляющая не меняется также при внесении

с учетом d<Ca приводит к формуле для разности фазовых коэффи­ циентов:

Р — Ро = СО ( е а — Є0 ) - ^ 5 - Sin2 %Х0 =

наибольшее замедление волны находясь посередине волновода. Фа­ зовый сдвиг в описанном фазовращателе зависит, прежде всего, от положения пластинки Хо, но меняется также с частотой, так как в (13.14) входит множитель к/УК=2то$Цс Т/А1 — (/кр//)2 ]. На длине I фаза изменяется на угол Дг|з = (р—$о)1-

ПОГЛОЩАЮЩИЙ АТТЕНЮАТОР

Аттенюатор служит для уменьшения мощности волны в опреде­ ленном отношении. В поглощающем аттенюаторе избыток мощно­ сти поглощается и превращается в тепло. Это свойство отличает его от запредельного аттенюатора (параграф 9.9), в котором не­ прошедшая часть волны отражается.

Д ля создания поглощения в тракте применяется пластина из поглощающего материала с комплексной диэлектрической прони­ цаемостью є = є ( 1 — і tg б) и д.= 1. Тогда у = а + і|3 и Yo = і Во (неиз­ менные потери в стенках волновода не учитываем). По ф-ле (13.7) находим:

a + і (Р - Ро) = ~j (є - 1 - і є tg б) є0 J Е0 • Ё dS.

Д s

Мнимая часть этого выражения вычислена в (13.14). Опреде­

нюаторе ослабление должно регулироваться. В аттенюаторе с бо­ бковым движением пластинки, как показано на рис. 13.17, изменяет­ ся х0. В ножевом аттенюаторе пластину вводят внутрь волновода через продольную ,щель на оси широкой стенки, здесь меняется высота вводимой пластины, т. е. AS в ф-ле (13.15). Недостатком обеих конструкций является изменение фазового сдвига при регу­ лировке величины затухания.

ОКОНЕЧНЫЕ НАГРУЗКИ

Д л я полного поглощения распространяющейся по волноводу волны служат оконечные нагрузки. Нагрузкой может служить аттенюа­ тор, закороченный с одного конца (рис. 13.19а). Суммарное зату­ хание волны на пути до замкну­ того конца и обратно равно 2 а/; его величина может быть выбра­ на любой. Важно также макси­ мально уменьшить отражение от

входа в нагрузку.

На рис. 13.196 показана пре­ цизионная нагрузка с использо­ ванием металлизированных стек­ лянных пластин, которая дает коэффициент отражения менее 0,1% в 12-процентной полосе час­ тот (при 1>2А). Пластины вво­ дятся постепенно от стенок к оси волновода; кроме того, преду­ смотрен четвертьволновый сдвиг между их концами.

Поперечная пластина (рис. 13.19а) с тонкой металлической пленкой и точным значением по­ верхностного сопротивления Rs, равным волновому сопротивле-

нию основной волны Z ^ = Е /Н , позволяет получить коэффи­

циент отражения порядка 5%.

Для поглощения мощности высокого уровня используются ат­ тенюаторы и нагрузки из металлокерамики, в состав которых вхо­ дит тонкий порошок железа. Хороший теплоотвод обеспечивается! аттенюаторами в виде волноводных секций с высоким поверхност­ ным сопротивлением стенок. Для улучшения охлаждения наружныестенки волновода делаются ребристыми, окрашиваются в черный цвет. Используется также принудительное охлаждение струей воз­

кая пластина с малыми потерями в круглом волноводе с волной

гу, меняет на его выходе направление вращения на обратное И,

'Поляризация ПОЛНЫ на-Входе

Рис. 13.21

Фаза волны .на его выходе точно соответствует углу поворота q> (от оси х) центральной полуволновой пластины. Неподвижные четвертьволновые пластины повернуты на угол <pi = —45° к оси х, вдоль которой поляризованы входящая и выходящая волны. Рас­ смотрим работу этого фазовращателя, не учитывая постоянного фа­ зового сдвига, определяемого его полной длиной. На его вход по­

пластин А и С. Запишем эту же волну в координатах, связанных с подвижной полуволновой пластиной В, т. е. через орты е^ n e j повернутые относительно первоначальных на угол 45°+ср (рис. 13.216). Поворот к новым координатам совершается против на­ правления вращения волны, поэтому в новых координатах фаза волны с круговой поляризацией больше, чем в старых, на вели­ чину, равную углу поворота: Е 2 = (£о/У2) (ев + і е^)е'(45°+ч>>. Полу­ волновая пластина в соответствии с ф-лами (13.16) и (13.18) пре­ образует волну с левой круговой поляризацией в волну с правой поляризацией, меняя знак перед слагаемым, содержащим ej 5 , на

+ е^)е1 9 0 °е і 2 < р = і £ 0 е ж е і 2 ( р . Она становится линейно поляризованной вдоль первоначальной оси х и приобретает регулируемый фазовый сдвиг, равный двойному углу поворота пластины В. Такой фазо­ вращатель является эталонным, не требующим градуировки.

13.7. Фильтры типов волн

Для разделения либо избирательного подавления волн использу­ ются структурные отличия электромагнитных полей волн разных типов. Фильтрующие волноводы (см. параграф 9.7)" являются при­ мером протяженных фильтров такого рода. На рис. 11.15 показан цилиндрический резонатор с кольцевой щелью, подавляющий неже­ лательные типы колебаний.

лельных треугольных пластин Т, создающих запредельные волно­ воды для волны Ев; одновременно их нижние грани образуют путь для продольных токов этой волны, направленной в плечо 3. Волна: Ег отражается от пластины П и полностью проходит в плечо 2, тре­ угольные пластины Г для нее не являются препятствием, так как их плоскость нормальна Ег . Для лучшего согласования плеч здесь предусмотрены индуктивный стержень С и индуктивная диафрагма Д. С их помощью добиваются отсутствия отражений в каждом из. плечей для волны соответствующей поляризации.

13.8. Отверстия связи

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ И МАГНИТНАЯ ПОЛЯРИЗУЕМОСТИ ОТВЕРСТИЙ

Связь между двумя волноводами или волноводом и резонатором' может осуществляться с помощью отверстия, прорезанного в об­ щей стенке между ними. Через отверстие проникают одновременнокак электрическое, так и магнитное поля, поэтому отверстие яв­ ляется сложным возбудителем, эквивалентным суперпозиции элек­ трических и магнитных сторонних токов.

У металлической стенки S волновода или резонатора существует