Узгоджувальні елементи хвилевідного тракту

Узгодження хвилевідних ліній можна проводити за допомогою реактивних штирів, діафрагм, чвертьхвильових трансформаторів і паралельних шлейфів.

Короткий металевий штир, що був введений у широку стінку хвилеводу паралельно вектору напруженості електричного поля E (рис. 3.2), збільшує електричне поле в точці внесення і таким чином вносить ємнісний опір, якщо його довжина не перевищує Λ/4. Нормоване значення провідності B' штиря залежить від його довжини l, радіуса r і його положення на широкій стінці:

. (3.7)

Величина b–l повинна бути значно більшою за діаметр штиря d = 2r.

Рис. 3.2. Індуктивний штир у хвилеводі

При збільшенні глибини занурення штиря у хвилевід починає проявлятися індуктивний характер провідності штиря і при

(3.8)

провідність стає нескінченно великою, що рівнозначно паралельному підключенню послідовного резонансного контуру. Штир довжиною l_p носить назву резонансного. При збільшенні довжини штиря l > l_p переважає індуктивна провідність.

Якщо штир повністю перемикає хвилевід і з’єднує його протилежні стінки, то розподіл струму в штирі можна вважати рівномірним. Струм збуджує магнітне поле, у якому накопичується енергія. У цьому випадку еквівалентна провідність штиря носить індуктивний характер. Нормоване значення провідності індуктивного штиря визначається за формулою

. (3.9)

Замість штирів для узгодження можна використовувати тонкі металеві індуктивні (рис. 3.3,а) і ємнісні (рис. 3.3,б) діафрагми.

а б

Рис. 3.3. Діафрагми у хвилеводі: а – індуктивна; б – ємнісна

Характер реактивного опору залежить від того, яка стінка хвилеводу звужена. Ємнісні діафрагми утворені пластинами, вільні краї яких перпендикулярні лініям електричного поля. Концентрація зарядів на краях такої діафрагми приводить до накопичування енергії електричного поля, що аналогічно до дії конденсатора, який шунтує лінію передачі. Ємнісні діафрагми зменшують електричну міцність хвилеводу і не рекомендуються до використання у трактах високого рівня потужності.

Наближено (без урахування товщини діафрагми) еквівалентна нормована провідність симетричної ємнісної діафрагми може бути визначена за формулою

. (3.10)

Індуктивні діафрагми утворені пластинами, вільні краї яких паралельні лініям електричного поля основного типу хвилі. Робота такої діафрагми основана на концентрації магнітного поля, що еквівалентно індуктивності, яка шунтує лінію передачі. Еквівалентна нормована провідність індуктивної діафрагми може бути розрахована за допомогою наближеної формули

. (3.11)

Розрахункове завдання

1. Для заданої викладачем частоти f генератора розрахувати довжину хвилі в прямокутному хвилеводі.

2. Розрахувати провідності ємнісної та індуктивної діафрагм.

3. Найти величину й місце включення реактивного опору для настройки лінії у режим біжучої хвилі, якщо вона навантажена на діафрагми, що були розраховані вище. При розрахунках застосовувати формули (3.5) і діаграму комплексних опорів.

4. Застосовуючи формулу (3.7), розрахувати залежність уявної компоненти провідності від глибини занурення штиря. На основі цього графіка обрати необхідні значення занурення штиря для забезпечення узгодження.