книги / Основы радиотехники и антенны. Антенны

подвижную и подвижную секции без промежуточных элементов не­ возможно. Сочленение производят через отрезок коаксиальной ли­ нии или круглый волновод. Для этого наиболее пригодны круглые волноводы с волной £ 01» которая благодаря осевой симметрии позволяет сохранить неизменной поляризацию волны в любом положении вращающегося волновода.

В соединении, изображенном на рис. 7.13, а, элементами пере­ хода от прямоугольного волновода с волной Н10 к круглому волно­ воду с волной £01 и наоборот служат штыри, которые расположены

Рис. 7.13. Вращающееся сочленение прямоугольных волноводов через отрезок круглого волновода.

параллельно электрическим силовым линиям в обоих волноводах. Наиболее выгодную связь устанавливают регулированием глу­ бины погружения штырей. На участках перехода от одного волново­ да к другому, как видно из рисунка, снижается пробивное напря­ жение; соответственно ограничивается мощность распространяе­ мых волн. Этот недостаток устранен в соединении, изображен­ ном на рис. 7.13, б, где связь между волноводами осуществляется через отверстие. Сравнивая волны Я10 в прямоугольном волново­ де и £ 01 в круглом волноводе, можно заметить некоторое сход­ ство в конфигурации полей этих волн: если круглый волновод примыкает к широкой стенке прямоугольного волновода под прямым углом, то продольная составляющая электрического поля волны £ 01 оказывается параллельной силовым линиям электри­ ческого поля волны //10 а замкнутые линии магнитного поля обоих волноводов расположены в параллельных плоскостях. Это создает благоприятные условия для непосредственного возбужде­ ния круглого волновода на волне £ 01 через отверстие в широкой

uoe поле. Подбирая размеры кольца, можно добиться того, чтобы оба поля имели равную энергию и для волны Нп возникло корот­ кое замыкание в кольце. Размер 11 равен четверти длины волны Нц , а 12 — половине длины волны £ 01. В результате в месте соч­ ленения волноводов цепь разорвана для Ни , а переходное сопро­ тивление для £ 01 равно нулю.

Наряду с вращающимися сочленениями в линиях передачи СВЧ применяются гибкие сочленения, которые допускают некоторое перемещение высокочастотных блоков станции, не связанных жестко между собой. Для гибкого сочленения можно использовать гибкие коаксиальные кабели или гибкие волноводы. На санти­ метровых волнах преимущественно применяются последние.

Гусеничный гибкий волновод (рис. 7.14, а, б) можно изготовить, наматывая узкую ленту из посеребренной латуни на прямоугольную оправку с расчетом на получение трех параллельных контактных поверхностей. Витки ленты могут скользить друг относительно друга, сохраняя контакт. Неоднородность такого волновода неве­ лика, рассогласование в нем наблюдается только в месте спая с фланцами.

По мере эксплуатации волновода ухудшается контакт между витками ленты; при этом увеличивается затухание и возникает искрение. Гусеничные волноводы сильно подвержены коррозии и не могут быть использованы в герметизированных антеннах.

Гофрированный гибкий волновод (рис. 7.14, в, г) образован из гофрированных стенок прямоугольной трубы, не имеющей швов. Глубина гофрировки составляет не более 0,1 А „, чтобы не вносить сколько-нибудь значительной неоднородности в линию передачи. Такой волновод отличается высокой прочностью, гибкостью, но его нельзя скручивать, как гусеничный волновод.

Качество описанных гибких волноводов значительно улучшает­ ся при наличии резинового покрытия (рис. 7.14, д). Резина наплав­ ляется между витками ленты, уменьшая этим гибкость волновода. Покрытие способствует сохранению контакта и тем самым увеличе­ нию срока службы волновода. Резина предохраняет волновод от коррозии и дает возможность использовать в герметизированных ли­ ниях передачи не только гофрированный, но и гусеничный волновод.

Позвонковый гибкий волновод (рис. 7.14, е) допускает наиболь­ шие деформации благодаря тому, что в нем нет непрерывной метал­ лической поверхности. Волновод состоит из ряда металлических шайб /, 2, 3,... с отверстиями 4 прямоугольной формы. Резиновая рубашка 5 скрепляет шайбы и сообщает гибкой секции необходи­ мую подвижность. Электрический контакт между шайбами осу­ ществляется посредством дросселей 6. Для взаимной компенсации отражений, которые могут возникнуть в дроссельных соединениях, расстояние между дросселями соседних шайб устанавливается равным половине длины волны в волноводе. Наличие дросселей делает позвонковый волновод более узкополосным, чем гусеничный и гофрированный.

Коэффициент стоячей волны на участке любого из описанных гибких волноводов может быть доведен до величины, равной и да­ же меньшей 1,1.

53. Повороты, изгибы и скручивание волноводов

Для изменения направления электромагнитных волн в волноводные соединения вводят элементы поворотов и изгибов. В том случае, когда требуется изменить плоскость поляризации волны, не изменяя ее направления, волноводы скручивают.

При осуществлении такого рода устройств руководствуются следующими требованиями.

Рис. 7.15. Поворот волновода на 90° посредством одноугол­ кового (а, б) и двухуголкового (в, г) соединений.

Рассогласование волноводной системы на участках изменения направления и поляризации волны должно быть сведено до миниму­ ма.

Полоса пропускания линии передачи не должна дополнитель­ но уменьшаться на участках изгибов, поворотов и разветвлений волноводов.

Необходимо исключить уменьшение пробивного напряжения волновода за счет поворотных участков.

Так как з линиях передачи круглые волноводы обычно игра­ ют вспомогательную роль и имеют малую длину, то вопрос о пово­ ротах, изгибах и скручиваниях представляет практический инте-

pec только в применении к прямоугольным волноводам, возбуж­ даемым на б о л не # 10.

Волновод можно повернуть на 90° при помощи одноуголково­ го (рис. 7.15, а, б) или двухуголкового (рис. 7.15, б, г) соединения. Эти повороты совершаются по широкой (в плоскости электриче­ ского поля Е) или по узкой (в плоскости магнитного поля Н) сто­ роне волновода.

В одноуголковом соединении уголок можно представить как

Рис. 7.16. Изгибы волновода:

а —ь плоскости Е ; 6 —в плоскости Н ,

за поворотным участком. Для того чтобы обеспечить согласование, не выходя за пределы допустимого hCB (не больше 1,1), необходимо придерживаться оптимальных размеров угольника, которые уста­ новлены опытным путем.

В двухуголковых соединениях поворот соответствующих сторон волновода совершается дважды на угол 45° Отражения, возни­ кающие при одном повороте, компенсируются при последующем повороте. Для этого размер L, как установлено из опыта, точно равен четверти волноводной длины волны при повороте в плоскости Е и несколько отличается от этой величины при повороте в плоско­ сти И. kCB, обусловленный таким соединением, не превышает 1,05. На'практике встречаются конструкции волноводов с у!лом пово­ рота, не равным 90‘

Коэффициент стоячей волны меньше повышается при отклоне­ нии от оптимальных размеров двухуголковых соединений, чем од­ ноуголковых. Это позволяет выбрать такие размеры двухуголковых соединений, при которых снижается вероятность пробоя и увели­ чиваются допуски на точность изготовления. Особенно вероятен пробой в одноуголковом соединении, сделанном в плоскости Е, так как в" уголке уменьшается размер b поперечного сечения вол­ новода.

отличное от волнового сопротивления прямого волновода. Поэтому

при изгибе возникают отражения, которые тем больше, чем меньше внутренний радиус кривизны R. Достаточно этот радиус сделать большим длины волны в волноводе, чтобы k CB был меньше 1,05. С другой стороны, для уменьшения размеров линии передачи ра­ диус кривизны изгиба стремятся сократить до минимума. Целе­ сообразно среднюю длину L изогнутой части волновода устанавли­ вать кратной Я.в/2, имея в виду согласующие свойства полуволно­ вой линии. При плавном изгибе волновода можно добиться меньших отражений, чем в уголковыхсоедииениях.

Рис. 7.17. Волновод, скрученный на 90°.

Кручение волновода (рис. 7.17) производится вдоль его оси. Для того чтобы kKB, обусловленный кручением волновода на 90°, не превышал 1,1, длина крученого участка должна быть не менее (2-гЗ) Хв. Размер L, как в предыдущем случае, целесообразно ус­ танавливать кратным половине волноводной длины волны.

Для кручения или изгиба волновод заполняют легкоплавким веществом, затем зажимают его в тисках и поворачивают на тре­ буемый угол, после чего удаляют внутреннее наполнение. Точность

54. Ответвления волноводов

Ответвления волноводов (рис. 7.18, 7.19) образуются при под­ ключении к основному волноводу дополнительного отрезка, имею­ щего такое же поперечное сечение, как основной. По начертанию подобное соединение образует букву Т, а поэтому называется Т-образным (тройником). Различают Т-образные соединения типов Е я Н в зависимости от того, в какой плоскости (электрической или магнитной) сделано ответвление.

Если мысленно представить положение мнимой двухпровод­ ной линии (штрих-пунктирные линии на рис. 7.18, а, 7.19, а), являющейся исходной для образования волноводов, то станет оче. видным, что соединение типа Е эквивалентно последова^ьному включению (рис. 7.18, б), а типа Н — параллельному включе­

Я накоротко замыкает главный волновод в месте ответвления. Заметим, что отсчет длины ответвления производится от ближайшей стенки главного волновода в тройнике типа Е и от середины широ­ кой стенки этого волновода в тройнике типа Н. Если длина ответ­ вления не кратна %J4, то дополнительный отрезок волновода эк­ вивалентен реактивному сопротивлению, которое включается по­ следовательно или параллельно относительно основного волновода. Следовательно, подбором длины ответвления, т. е. перемеще­ нием поршня, можно произвести согласование линии передачи.

Широкое применение получили двойные Т-образные ответвле­ ния (двойные тройники). Одно ответвление от главного волновода

Рис. 7.20. Волноводный мост.

I, II находится в ^-плоскости, а другое —- в //-плоскости (рис. 7.20). Если плечи I, II симметричны и согласованы с сопротивлениями нагрузки Zi, Z n , то в силу симметрии схемы мощность, подводи­

противофазно в сечениях, равноудаленных от плоскости симметрии тройника; это признак того, что в плечо Н волны не проникают (оно возбуждается только синфазными полями плеч I, II). Если в тот же двойной тройник волна вводится через плечо Я, то ее мощность делится поровну между сопротивлениями Z\ и Zn, и так как электрическое поле в них синфазио (см. рис. 7.19, в), то в пле­ чо Е волны не проникают (это плечо возбуждается при противофаз­ ных полях плеч I, И).

Следовательно, двойной тройник обладает свойством, харак­ терным для мостовой схемы: к какому бы плечу двойного тройника ни подводились колебания, они в противоположное плечо моста не попадают'а мощность*их распределяется поровну между оставшими­ ся двумя плечами, но для этого последние два должны быть симмет­ ричными и иметь равные сопротивления нагрузки.

Это свойство двойного тройника позволяет использовать его для измерения k CQ или сопротивлений на СВЧ (см. рис. 7.20). К плечу Е подводят колебания от генератора СВЧ, на выходе пле­

равны, то индикатор не дает отклонений, так как плечо Н изолиро­ вано (развязано) относительно плеча Е. Чем больше отличается из­ меряемое сопротивление от эталонного, тем больше нарушается симметрия плеч I, II и больше мощность, которая проникает из плеча Е в плечо Н. Таким образом имеется возможность определить по шкале индикатора измеряемое сопротивление.

Для получения высокой точности измерения необходимо обес­ печить весьма точное изготовление моста и согласование его Т-образных соединений. Элементами согласования, как показано на рис. 7.20, могут служить емкостный штырь в плече Н и индук­ тивная диафрагма в плече £.

Отсутствие в сбалансированном мосте сколько-нибудь зна­ чительной связи между плечами Е и Н (равно, как и между пле­ чами I, II) является очень ценным свойством двойного тройника.

55. Направленные ответвители и их применение

Направленные ответвители. Это устройства, которые пред­ назначены для разделения падающей и отраженной волн. Принцип действия двухдырочного волноводного направленного ответвителя поясняется рис. 7.21. К узким стенкам основного волновода при­ мыкают два дополнительных, каждый из которых связан с основ­ ным волноводом через две щели, отстоящие друг от друга на чет­ верть волноводной длины волны. В дополнительных волноводах по одну сторону от щелей расположены согласованные нагрузки R lt R 2, а по другую сторону — штыри Шти Шт2, ведущие к ин­ дикаторам.

Волны, движущиеся по основному волноводу слева направо (рис. 7.21, а), проходят через щели к штырю Шту равные пути (сплошные линии) и возбуждают его с одинаковой фазой, а к шты­ рю Штг волны приходят с разностью хода Хв/2 (пунктирные линии) и потому оказываются в противофазе. Если учесть, что поглощающее сопротивление R г (как и /?,) согласовано с волноводом и не вызывает отражения, то можно сделать вывод, что на волну, движущуюся слева направо, реагирует только индикатор, соединенный со шты­ рем Шт^ Аналогично доказывается, что волны, движущиеся по основному волноводу справа налево (рис. 7.21, б), фиксируются только индикатором, связанным со штырем Штг.

В устройстве, называемом рефлектометром, используются совместно оба направленных ответвителя для измерения kCB. Сигма-