книги из ГПНТБ / Бородич, Сергей Владимирович. Радиорелейная связь учебник для техникумов связи

в (4.59) выражение (4.57), заменив при этом отношение

на отношение — j , в результате получим

(4.60)

Для неискажённой передачи сигналов по волноводу необ­ ходимо, чтобы во всей полосе передаваемых частот групповая' скорость распространения оставалась постоянной. Из (4.60) видно, что это условие может быть выполнено только тогда, когда

возможно существование других типов волн, кроме основного, что нежелательно, поскольку эти типы волн не используются.

Чтобы исключить возможность существования в волноводе волны типа Н02, при которой вдоль стороны b укладываются две полуволны напряжения, нужно, чтобы величина b была меньше длины рабочей волры. Величина а должна быть меньше"

— , чтобы исключить возможность существования волны Ню,

которая аналогична волне Ноь но повёрнута относительно неё в пространстве на 90°.

Таким образом, размеры поперечного сечения прямоуголь^

Если размеры а и b лежат в указанных пределах, то, кроме волны Ноь в волноводе никакие другие волны распространяться не могут, так как критические длины волн для всех высших ти­ пов короче рабочей волны. Неравенства (4.61) только ограни­ чивают размеры волновода в некоторых пределах, но не опре­ деляют их полностью. Окончательное решение вопроса, какие величины следует выбрать, зависит от величины затухания, ко­ торое может быть достигнуто.

Затухание прямоугольного волновода в неперах на метр дли­ ны для волны типа Я0! может быть вычислено по формуле

(4.62)

ом

где р — удельное сопротивление стенок волновода , —

2 2 9

На рис. 4.29 показана зависимость последнего множителя в

ф-ле (4.62) от — для различных значений к= — .

Незаштрихованная часть графика включает все значения, которые удов­ летворяют неравенствам (4.61). Точ­ ка Б соответствует точке минимально­ го затухания при этих ограничениях. Точка А соответствует точке, которую наиболее часто выбирают на практике.

Применительно к волноводам труд­ но говорить о распределении напря­ жений и токов вдоль волновода. Вме­ сто этого определяют распределение поперечных составляющих векторов напряжённостей электрического и маг­ нитного полей. По аналогии с теорией глинных линий (см. ф-лы 4.26 и 4.27) можно написать

К волноводам непосредственно нельзя применить обычнее понятия о входном сопротивлении и сопротивлении нагрузки. Действительно, входное сопротивление волновода . различно в поперечном сечении в зависимости от положения точек на ниж­ ней и верхней стенках, между которыми это сопротивление опре­ деляется.

Однако все соответствующие формулы теории длинных ли­

•2 3 0

ний применимы и к волноводам, если в эти формулы ввести по­ нятие о нормированном сопротивлении.

Нормированное сопротивление нагрузки равно

Z„ 7 = - - -

н W ’

а нормированное входное сопротивление

Из определения коэффициента отражения (4.39) легко най­ ти нормированное сопротивление нагрузки линии

Формула (4.38) также применима к волноводам, если пе­ рейти к нормированным сопротивлениям. Таким образом, нор­ мированное входное сопротивление волновода равно

(4.66)

1+ i tg h l

Подставив сюда (4.65), получим выражение нормированнбго входного сопротивления через коэффициент отражения

Так как коэффициент отражения имеет разные, значения для различных типов волн, то и нормированное входное сопро­ тивление волновода также различно для различных типов волн.

§ 4.9. Разделительные фильтры

Разделительные фильтры служат для разделения стволов радиорелейной линии, работающих на общие антенны. При этом используется общая антенна для всех передатчиков и общая антенна для всех приёмников, но довольно часто'функции приё­ ма и передачи совмещаются в одной общей антенне. Такое сов­ мещение достигается применением волн разной поляризации для передачи и приёма. Схематическая конструкция подобной антенны показана на рис. 4.30. Облучатель параболического от­

231'

ражатеЛя имеет два диполя, расположенные друг относительно друга под углом в 90°. Между диполями помещена решётка в виде параллельных прутьев, уменьшаю­ щая воздействие первого диполя на вто­ рой. При правильной настройке, затуха­ ние между диполями можно довести до

40дб.

При организации работы всех приём­

на рис. 4.31. Фильтр работает следующим образом. Пусть вы­ сокочастотная энергия поступает к фильтру по входной линии С. В собирающем элементе / происходит разделение падающей волны на две равные части. Вновь образованные волны будут с одинаковыми Лазами и амплитудами распространяться в на­ правлении А ц В. В ответвление D энергия не поступает, так как для падающей от входа С волны связь с ответвлением Z? оказывается равной нулю. Если частота колебаний волны не лежит в полосе запирания заградительных фильтров 1 и 2 , то волны по левой и правой ветвям фильтра пройдут без задержки -и к собирающему элементу II придут в одинаковой фазе.

2§ 2

Конструкция элементов фильтра такова, что волны, пришед­ шие с направлений А и В, в направлении. С складываются, а в> направлении D вычитаются. Так как в данном случае обе вол­ ны Л и В имеют равные фазы, то в ответвление С пойдёт энер­ гия суммы волн А и В, а в ответвление D — разности. Для устранения нежелательных явлений, связанных с неполной ком­ пенсацией, ответвитель D второго собирающего элемента филь­ тра должен быть нагружен на согласованную нагрузку. Таким образом, все волны, частоты которых не лежат в полосе запи­ рания заградительных фильтров 1 я 2 , будут свободно проходить через эту систему.

Положим, теперь, что частота колебаний падающей из С волны лежит в полосе запирания фильтров. В этом случае па­ дающие волны в ветвях А я В дойдут только до заградительных фильтров и отразятся назад. Отразившись, они вернутся к со­ бирающему элементу / с -противоположными фазами, так как разность их хода будет равна половине длины волны.

Так как в направлении С волны, идущие из А и В, склады­ ваются, то в данном случае, в результате сдвига фаз на 180°, ■в ответвление С энергия не пойдёт. Энергия будет поступать только в ответвление D. Эта энергия в силу вычитания двух волн с противоположными фазами будет равна энергии их сум­ мы, т. е. в ответвление D будет поступать вся энергия волн А и В. Если пренебречь активными потерями в фильтре, то эта энергия равна энергии первоначальной волны, падающей из С, Из сказанного становится ясным, что все частоты, не лежащие, в полосе задержки заградительных фильтров, разделительны^ фильтр пропускает, а частоты, попадающие в полосу задерж­ ки фильтров 1 я 2 , фильтр выделяет из общего тракта и на­ правляет к нагрузке.

Для выделения другой полосы частот нужно последова­ тельно с первым разделительным фильтром соединить второй,, у которого заградительные фильтры настроены на эту новую, полосу частот. Если считать, что по ответвлению С энергия по­ ступает из антенны, то приёмник должен быть присоединён к ответвлению D. Таким образом, сколько необходимо к общей антенне присоединить приёмных устройств, столько же нужно иметь и разделительных фильтров. Эти фильтры без всяких пе­ ределок можно использовать также для разделения передатчи­ ков. Для этого вместо приёмников к ответвлениям присоеди­ няются передающие устройства. Энергия теперь будет- посту-, пать по направлению из D к С, т. е. в антенну.

В реальных условиях описанная схема фильтра может быть выполнена в двух вариантах: на волноводах й коаксиальных линиях. На рис. 4.32 показан общий вид коаксиального разделительного фильтра на три ствола. Принципиальная элек­ трическая схема этого фильтра изображена на рис. 4.33.

23 3

женные волны приходят к месту подключения коаксиального отвода с одинаковыми фазами. Таким образом, эти волны не создают напряжения на коаксиальном отводе и не ответвля­ ются назад к передатчику, а проходят в следующую секцию. В этой секции волны напряжения проходят мимо заградительных контуров, настроенных на частоту передатчика № 1 , с неболь­ шими отражениями и поступают на вход фильтра.

Поглощающее сопротивление 4 не вызывает затухания волн, распространяющихся ко входу по коаксиальным линиям секции № 1 фильтра, поскольку эти волны имеют одинаковые фазы. • Волны, отражённые от заградительных фильтров, за счёт разности длин путей распространения становятся противофаз­ ными, имеющими сдвиг фаз 180°. Эти волны поглощаются со­ противлением 4. Аналогично работает и другая секция фильт­ ра, к которой подключён передатчик № 2. Третий передатчик подключается без добавления новой секции вместо оконечного

сопротивления фильтра.

Для осуществления перехода от двух включённых парал­ лельно коаксиальных линий к одной на конпах фильтра приме­ нены двухступенчатые коаксиальные трансформаторы.

Для уменьшения реакции симметрирующих устройств коак­ сиальных вводов часть коаксиальных линий, равная половине

средней длины волны заданного рабочего диапазона фильтра, имеет пониженное волновое сопротивление (между точками аз').

Совершенно аналогично работает разделительный фильтр и на стороне приёма. Положим, например, что от антенны посту­ пает сигнал с частотой, на которую настроена первая секция фильтра. Волны напряжения дойдут до заградительных фильт­ ров и отразятся назад. Отражённые волны будут противофаз­ ными и перемычка П х будет служить для них коротким замы­ канием, вследствие чего отражённых волн на входе фильтра не будет. Отражённые волны создадут напряжение высокой час-

2 3 5

тоты на коаксиальном отводе и энергия сигнала будет посту­ пать через коаксиальный отвод ко входу приёмника.

Рассмотрим волноводный фильтр. Основными конструктив­ ными элементами волноводного разделительного фильтра яв­ ляются мостовое соединение и заградительный волноводный фильтр. Мостовое соединение показано на рис. 4.34, а загради­ тельный фильтр — на рис. 4.35. Одна секция волноводного

ный фильтр

разделительного фильтра содержит два мостовых соединения, два заградительных фильтра и две четвертьволновые волноводные вставки.

Схематически секция волноводного фильтра показана на рис. 4.36.

к

фильтры Поглощающая нагрузка*

Рис. 4.36. Схематический чертёж секции волноводного фильтра

Рассмотрим работу мостового соединения. Обозначение плеч сделано буквами в соответствии с принципиальной схемой раз­ делительного фильтра (рис. 4.31). Электромагнитная волна, поступающая от антенны через плечо С, разветвляется на два направления А и В. Эти волны находятся в одной фазе и не вы­ зывают тока в коаксиальном вибраторе, соединённом корот­ кой коаксиальной линией с плечом D, к которому присоединён приёмник;

Вибратор может принимать электромагнитную энергию или передавать её в мостовое соединение только в том случае, ког­ да электрические силовые линии поля, существующего в месте

236

расположения вибратора, направлены от вибратора в противо­ положные стороны (рис. 4.37). Встретив заградительные фильт­ ры, волны отражаются обратно, имея сдвиг пд фазе 180°. Вслед­ ствие этого в вибраторе наводятся токи и энергия сигнала по­ ступает в приёмник. На входе мостового соединения отражён­ ных электромагнитных волн не будет, так

роких стенок волновода вводятся ёмкост­ ные винты. Настройка на заданную частоту производится вин­

тами, расположенными в узкой стенке волновода, а регулировка величины сопротивления — с помощью винтов, введённых через широкую стенку.

§ 4.10. Ферритовые волноводные вентили

Как уже указывалось выше, антенный фидер должен быть очень хорошо согласован как с антенной, так и с передатчиком или приёмником. В случае недостаточно хорошего согласова­ ния передающего фидера часть энергии волны, бегущей от пе­ редатчика к антенне, отражается в точке соединения фидера с

соединения фидера с передатчиком и образуется дважды отражённая волна, бегущая в сторону антенны. Аналогичная кар­ тина имеет место и в приёмном фидере, где образуется дваж­

237