книги из ГПНТБ / Вулконский Б.М. Основы теории радиолокационных устройств самонаведения ракет учебник

Для изменения направления оси волноводной системы изгиб (излом) выполняется в Е или Я плоскости волновода. На рис. 5-33 изображены наиболее часто встречающиеся типы изгибов и изло­

мов.

Всякий изгиб представляет собой неоднородность, на которой возникают отражения энергии. Отражения тем больше, чем круче изгиб, поэтому в местах крутых изломов предусматриваются спе­ циальные компенсирующие скосы. Подбором оптимальных разме­ ров скоса (/1 или U на рис. 5-33) можно в значительной мере умень­ шить отражения от излома. Наименьшее отражение без каких-либо специальных дополнительных мер дает плавный радиусный изгиб, если его радиус не менее 5а (а — размер широкой стенки волно­ вода) .

Рис. 5-33

Для изменения направления плоскости поляризации волны в пространстве используют осевой изгиб волновода (скрутку) (рис. 5-34). Скрутка также является неоднородностью, на которой возникает отражение энергии падающей волны. Наименьшее отра­ жение от скрутки обеспечивается в том случае, когда ее длина рав­ на целому числу полуволн в волноводе.

Разветвления волноводов применяются в тех случаях, когда высокочастотную энергию источника необходимо разделить по раз­ личным нагрузкам, либо энергию нескольких источников подклю­ чить к одной нагрузке. Основными типами разветвлений является: расщепление, тройник, направленный ответвитель.

Расщепление волновода представляет собой простейший тип разветвления. Выполняется оно при помощи перегородки, помещае-

200

мой внутри йолновода перпендикулярно силовым линиям электри­ ческого поля (для волны #ю перпендикулярно узкой стенке Ь) (рис. 5-35). Перегородка позволяет разделить поле по волноводам с узкими стенками Ь\ и Ь2. Такое разделение возможно, так как распространение волн низших типов (#ю и #oi) в прямоугольном

волноводе не зависит от ширины стенки, параллельной линиям электрического поля. Для уменьшения отражений от перегородки у ее начала обычно помещают какой-либо согласующий элемент (на рис. 5-35 не показан).

Схемы тройниковых разветвлений в Е и Н "плоскостях показаны на рис. 5-36. Принцип работы Д-плоскостного тройника сводится к следующему.

При распространении волны в плече I разделение энергии по плечам Д и II (рис. 5-37,а) будет зависеть от согласованности плеча Е с нагрузкой. Если сопротивление нагрузки плеча Е равно-волно­ вому сопротивлению этого плеча, то в нем будет распространяться только бегущая волна. Между точками 3 и 4 напряженность элек-

201

трического поля будет равна нулю и в плечо II волна не пройдет. При нагрузке плеча Е, не равной волновому сопротивлению, в пле­ че Е устанавливается режим бегущих и стоячих волн. Это приводит к тому, что в плечо II пройдет волна, амплитуда и фаза которой бу­ дут зависеть от нагрузки плеча Е.

Рис. 5-36

При встречном распространении двух волн в плечах I и II, в плечо Е энергия будет проходить, если в сечениях 1—2 и 3—4 поля противофазны (рис. 5-37,6). Если в указанных сечениях поля синфазны (рис. 5-37,в), то в плечо Е энергия, не пройдет. Направлен­ ные свойства тройника обратимы. Если подавать волну в плечо II, то при отсутствии согласования плеча Е с нагрузкой ее энергия раз­ делится между 1 и £-плечами.-Если волна подается в плечо Е, то ее энергия будет делиться между I и II плечами (рс 5-37,а).

Рис. 5-37

Я-плоскостной тройник обладает такими же свойствами, как и Я-плоскостной. Однако условия возбуждения волны в плече Я при подводе встречных волн через I и II плечи будут другими. В плечо Я энергия пройдет, если к месту разветвления волны приходят в фазе, и не пройдет, если они окажутся в противофазе (рис. 5-38).

202

Наряду с простыми тройниками в практике широкое применение находит двойное тройниковое разветвление. Схема двойного трой­ ника показана на рис. 5-39. Двойной тройник относится к так назы­ ваемым гибридным соединениям. Плечи I, II и Д-плечо образуют Двплоскостной тройник, плечи I, II и Я-плечо образуют тройник в Я-плоскости. Двойной тройник обладает следующими свойствами.

Рис. 5-38

Если в плечи включены согласованные нагрузки и в месте стыка всех плеч обеспечено необходимое согласование, то при включении источника в Я-плечо энергия распределяется поровну и синфазно между плечами I и II, не проникая в плечо Е, а при включении ис­ точника в Я-плечо распределяется между теми же плечами, не про­

никая в Я-плечо, но при этом волны в I и II плечах оказываются в противофазе. Это свойство двойного тройника обратимо. Когда в . плечах I и II распространяются встречные волны, то в зависимости от соотношения фаз полей в месте разветвления суммарная энергия проходит либо в Я-плечо, либо в Я-плечо.

203

Деление энергии по двум плечам обеспечивается и при подклю­ чении источника к плечу I или II. При подключении к плечу I энер­ гия распространяется по £-плечу и //-плечу, не проходя в плечо II, при подключении к плечу II энергия.проходит в £-плечо и //-плечо, не попадая в плечо I.

Двойной тройник не является единственным гибридным соедине­ нием, обладающим свойством делить мощность, поступающую в одно плечо, поровну между двумя из трех других плеч. Таким же свойством обладают гибридные разветвления типа «свернутый двойной тройник» (рис. 5-40) и «кольцевой мост». Подробное описа­ ние разветвлений этого типа можно найти в литературе по волноводной технике. Принцип работы разветвления типа «кольцевой мост» и различные его применения рассматриваются ниже.

Направленные ответвители используются для отвода из основ­ ного волновода мощности, уменьшенной в определенное число раз, то есть они выполняют функции ослабителей мощности. На прак­ тике в основном используются два вида направленных ответвите­ лей: с двумя отверстиями связи и с одним отверстием.

Конструктивный эскиз и принципиальная схема ответвителя с двумя отверстиями показаны на рис. 5-41. Основной волновод и волновод ответвления имеют общую стенку, в которой сделаны два

Принцип работы ответвителя следующий. Энергия волны 1, рас­ пространяющейся по основному волноводу, частично ответвляется через отверстия I и II в волновод ответвления. В сечении II волны, проникшие через оба отверстия, складываются в фазе и образуют выходную волну /'. Влево от отверстия I волны не распростра­ няются, так как в отверстие II волна ответвляется на четверть пе­ риода позже, чем в отверстие I и еще четверть периода волна про­ ходит от отверстия II до отверстия I. Следовательно, общий сдвиг

204

фаз волн в сечении I равен 180°. При распространении в основном волноводе отраженной волны справа налево в волноводе ответвле­ ния возникает волна 2', которая поглощается специальной погло­ щающей нагрузкой и на выход ответвителя не проходит.

Мощность выходной волны 1' ответвителя будет уменьшена по сравнению с мощностью волны 1. Степень уменьшения мощности характеризуется отношением мощностей волн 1 и Это отношение, выраженное в децибелах, называется переходным ослаблением на­ правленного ответвителя. Например, ответвитель, в котором 1 %' входной мощности основного волновода передается в волновод от­ ветвления, имеет переходное ослабление, равное 20 дб.

8олно§од о/пёелп8лсн£//з

4 Рис. 5-41

Другим параметром ответвителя является его направленность. Направленностью называется выраженное в децибелах отношение мощности, ответвленной в прямом направлении 1' к мощности, от­ ветвленной в обратном направлении 2'. -

Эскиз конструкции и принципиальная схема направленного от­ ветвителя с одним отверстием изображены на рис. 5-42. Ось волно­ вода ответвления устанавливается здесь под некоторым углом к осц основного волновода. В смежных стенках волноводов сделано от­ верстие связи/

205

Действие ответвителя основано на следующем. При прохожде­ нии волны 1 по основному волноводу электрическое и магнитное поля проникают в отверстие. Проникающие поля являются источниками вторичных электромагнитных полей, которые усиливают первичное проникающее поле в направлении 1' волновода ответвления и ком­ пенсируют его в противоположном направлении. Подбором угла между осями волноводов можно добиться максимального усиления поля в направлении 1' и полной компенсации его в другом напра­ влении. Выбором размеров и формы отверстия связи можно полу­ чить желаемое переходное ослабление ответвителя.

ВолноБоЗ от(ет1лешя

Рис. 5-42

Разновидностью направленных ответвителей являются щелевые мосты. Щелевой мост представляет собой два волноводных отрезка прямоугольного сечения с общей широкой или узкой стенкой. В стенке прорезается прямоугольная щель связи, размеры которой обеспечивают требуемое переходное ослабление. Интересной осо­ бенностью щелевых мостов является то, что прямдя волна в основ­ ном волноводе и волна, ответвленная в том же направлении, имеют

в любом сечении моста разность фаз, равную—^

А

Наиболее широкое применение нашел щелевой мост со связью по узкой стенке и с переходным ослаблением, равным 3 дб (поло­ винное ослабление). На базе этого моста может быть выполнен це­ лый ряд функциональных элементов волноводного тракта.

206

§ 27. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ВОЛНОВОДНЫХ ТРАКТОВ

Антенные переключатели

В активных РГС для излучения зондирующих импульсов и прие­ ма эхо-импульсов используется одна и та же антенна. Вследствие большой разницы в мощностях зондирующего сигнала и сигнала, отраженного от удаленной цели, возникает необходимость в защите высокочувствительного приемника от прямых сигналов передатчи­ ка. Без такой защиты мощным зондирующим импульсом прежде всего может быть поврежден кристалл смесителя приемного уст­ ройства.

Функцию защиты приемника выполняет антенный переключа­ тель. Его задача состоит в том, чтобы, с одной стороны, исключить проникновение прямого сигнала передатчика в канал приемника во время посылки зондирующего импульса и тем самым уберечь эле­ менты приемника от перегрузок и разрушения, с другой — исклю­ чить ответвление мощности эхо-импульса в канал передатчика во время приема, что ослабило бы и без того слабый эхо-сигнал на входе приемника.

Наиболее широко используются конструкции антенных пере­ ключателей с газовыми разрядниками. Под действием зондирующе­ го импульса в разрядниках возникает импульсный разряд, в резуль­ тате которого антенный канал подключается к каналу передатчика, а канал приемника блокируется от прямого сигнала. По окончании зондирующего импульса после деионизации газа в разрядниках ан­ тенна подключается к каналу приемника, а кав^л передатчика бло­ кируется от эхо-сигнала. Время ионизации газа в разрядниках от момента возникновения зондирующего импульса оказывается ни­ чтожно малым, поэтому подключение антенны к передатчику и бло­ кировка приемника происходят практически мгновенно. Продолжи­ тельность деионизации, или восстановления разрядников, зависит от характеристики газа, которым наполнены разрядники. Время восстановления сравнительно велико и может доходить до несколь­ ких микросекунд. Это обстоятельство должно учитываться при проектировании антенного переключателя. Слишком большое вре­ мя восстановления будет мешать обнаружению целей на малых ди­ станциях. Слишком малое время восстановления может приводить к возникновению перегрузок входных цепей приемника мощными сигналами, отраженными от близлежащих предметов и фона, в ча­ стности от морской поверхности.

На рис. 5-43 показана схема простейшего антенного переключа­ теля. В его состав входят: отрезок прямоугольного волновода, раз­ рядник блокировки магнетрона передатчика (РБМ) и разрядник прием — передача (РПП). Оба разрядника представляют собой комбинацию газоразрядного элемента с объемным резонатором.

207

Резонаторы РБМ и РПП имеют элементы настройки и соединены с волноводом щелями связи, прорезанными в узких стенках волно­ вода. Щели герметизированы при помощи специальных стеклянных вставок, обладающих малыми потерями.

При передаче разрядные элементы РБМ и РПП пробиваются мощным зондирующим импульсом. При этом оба резонатора ока­ зываются эквивалентными короткозамкнутым четвертьволновым шлейфам, включенным в Я-плоскости. Их щели как бы закорачи­ ваются, и энергия от передатчика поступает к антенне, не ответ­ вляясь в резонаторы. По окончании зондирующего импульса раз­ рядные элементы восстанавливаются. При этом резонатор РПП ра­ ботает как Я-плечо тройника, подключенное на согласованную на­ грузку, а резонатор РБМ обеспечивает полное отражение падаю­ щей волны от места его включения. Отраженная от РБМ волна складывается в противофазе с прямой волной и компенсирует ее. Таким образом, энергия отраженного от цели сигнала проходит че­ рез РПП в канал приемника, не проникая в канал передатчика.

ГозллвзряЗные злененты

Рис. 5-43

На рис. 5-44 показана другая схема антенного переключателя, в которой для разделения каналов используются два волноводныхкольцевых моста в Я-плоскости.

При передаче энергия зондирующего импульса из канала А моста I разветвляется в разные стороны с противоположными фа­ зами. К каналам Б и Г обе волны приходят в противофазе, что обес­ печивает условие прохождения энергии в эти каналы и поджиг раз­ рядников. К каналу В волны приходят в фазе, и энергия в этот ка­ нал не пройдет. После пробоя разрядников каналы Б и Г в местах

20S

установки разрядников закорачиваются, в результате чего канал Б становится эквивалентным четвертьволновому, а канал Г—полувол­ новому короткозамкнутым шлейфам. То есть на участке АГ возник­ нет режим стоячих волн, энергия зондирующего импульса будет распространяться только в сторону канала Б и, минуя этот канал, проходить в согласованный с антенной канал В.

По окончании зондирующего импульса разрядники восстанавли­ ваются. Отраженный сигнал, принятый антенной, из канала В раз­ ветвляется в противофазе в обе стороны кольцевого моста I. Этот сигнал проходит в каналы Б и Г, так как обе волны приходят к этим каналам в противофазе, и не проходит в канал А (к передат­ чику), так как волны приходят к .этому каналу в фазе. Из каналов

Бя Г моста I отраженный сигнал проходит к каналам Г я Б моста II. Мост II работает аналогично мосту I; он обеспечивает необходи­ мые фазовые сдвиги волн, при которых отраженный сигнал из ка­ налов Г я Б проходит полностью в канал В к приемнику.

На рис. 5-45 изображена еще одна схема антенного переключа­ теля, использующего для разделения каналов двойные тройники. Эта схема имеет то преимущество перед другими, что практически не вносит рассогласования в линию, идущую к передатчику, обеспе­ чивает лучшую защиту канала приемника и обладает малыми поте­ рями энергии.

Импульс передатчика поджигает разрядники, и-синфазные вол­ ны, распространяющиеся в обе стороны от Я-плеча нижнего трой­ ника, отразившись от мест установки разрядников, приходят к Яплечу в противофазе. Это обеспечивает прохождение энергии пе­ редатчика в £-плечо нижнего тройника, к которому присоединена