102

квадратных волноводов и двух отражательных фильтров, аналогичных изображенным на рис.6.6,а. От передатчика волна основного типа с вертикальным вектором электрического поля подается в плечо 1, пропускается фильтром І и полностью отражается фильтром ІІ как от короткозамыкателя. Нулевое сопротивление, которое оказывает для этой волны фильтр ІІ, трансформируется на внутренний периметр волновода 1–3, и волна практически полностью проходит из плеча 1 в плечо 3 и излучается антенной.

Принятое антенной электромагнитное поле подается в плечо 3 в виде волны основного типа с горизонтальным вектором электрического поля, которая отражается фильтром І и пропускается фильтром ІІ. Для этой волны плечи 3, 2 и наклонная отражающая решетка І образуют угловой поворот в плоскости Н. Этот поворот проектируют так, чтобы из плеча 3 волна практически полностью проходила в плечо 2, к которому подключен приемник.

Контрольные вопросы

1.Какие конструкции коаксиально-волноводных переходов (КВП) наиболее распространены?

2.Какая конструкция КВП имеет наибольшую электрическую прочность?

3.Какая конструкция КВП имеет наихудшую электрическую прочность?

4.Какая конструкция КВП имеет наименьшее значение КСВ?

5.Какие типовые значения КСВ для КВП?

6.Какие типовые значения полосы рабочих частот для КВП?

7.Какая конструкция КВП имеет наибольшее значение полосы рабочих частот?

8.Что представляет собой поляризационный фильтр типов волн?

9.Для каких типов волн существуют поляризационные фильтры, и каковы их конструкции?

6.3. Нерегулярности в волноводе

Под нерегулярностями (англ. – discontinuity) в волноводах понимают любые нарушения регулярности, например изменение поперечного сечения, излом оси волновода и т.п. Строгое исследование влияния нерегулярности на характеристики волновода – сложная задача. Рассмотрим общие свойства распространенных нерегулярностей в прямоугольном волноводе, который работает на волне Н10. Поскольку потерями в таких нерегулярностях для большинства практических случаев можно пренебречь, то их называют реактивными. Реактивные нерегулярности применяются, прежде всего, для согласования СВЧ трактов в случае комплексных нагрузок.

Тонкая индуктивная диафрагма (англ. – inductive diaphragm) образуется тонкими металлическими пластинами, которые примыкают к узким стенкам волновода (рис.6.7,а). Поскольку вблизи узких стенок локализуется магнитное поле волны Н10, диафрагма преимущественно взаимодействует с этим полем, и ее эквивалентная проводимость носит индуктивный характер.

103

Тонкая емкостная диафрагма показана (англ. – capacitive diaphragm), она образована тонкими металлическими пластинами, которые примыкают к широким стенкам волновода (рис.6.7,б) и преимущественно взаимодействует с электрическим полем волны Н10. Потому эквивалентная проводимость диафрагмы носит емкостной характер.

Резонансное окно (англ. – resonant iris) можно рассматривать как наложение емкостной и индуктивной диафрагм (рис.6.7,в). Ее эквивалентная схема содержит параллельный колебательный контур, включенный в линию параллельно. На резонансной частоте сопротивления контура равно бесконечности и электромагнитная волна, которая распространяется в волноводе, проходит диафрагму без отражения. Резонансные окна применяются, в частности, для разделения вакуумной части от остальной части СВЧ тракта. При этом в окне ра з- мещается диэлектрик.

Индуктивный штырь (рис.6.7,г) – круглый проводник, установленный по направлению электрического поля и соединенный с широкими стенками волновода. В нем течет ток, направленный вдоль оси. Этот ток возбуждает магнитное

и

Рис.6.7. Реактивные нерегулярности в волноводе:

а – индуктивная диафрагма; б – емкостная диафрагма; в – резонансное окно; г – индуктивный штырь; д – емкостной штырь; е – емкостная ступенька; ж - индуктивная ступенька; з – скачок поперечного сечения полосковой линии; и – обозначение на схемах

104

поле, в котором накапливается энергия, потому эквивалентная проводимость носит индуктивный характер.

Емкостной штырь (рис.6.7,д) – круглый проводник, установленный по направлению электрического поля и соединенный с широкой стенкой волновода. Эквивалентная схема имеет вид последовательного резонансного контура, включенного в линию параллельно. Емкость штыря связана с концентрацией электрического поля возле его разомкнутого конца. При некоторой высоте штыря h (близкой к λ0 / 4) проводимость последовательного контура стремит-

ся к бесконечности и волновод закорачивается. Более короткие штыри имеют емкостную проводимость, если высота штыря превышает резонансную, то проводимость штыря приобретает индуктивный характер. Емкостные штыри преимущественно применяются как регулируемые реактивные элементы, которые вводят в волновод с помощью резьбовых отверстий в широкой стенке.

На рис.6.7,е,ж приведены примеры ступенчатых соединений прямоугольных волноводов разного сечения, а на рис.6.7,з – полосковых линий разной ширины. Эквивалентные схемы таких нерегулярностей имеют вид соединения длинных линий с разным волновым сопротивлением. Нерегулярности, которые возникают в месте соединения, вызывают появление реактивностей в этих схемах. Величины реактивного сопротивления рассмотренных нерегулярностей зависят от геометрических размеров физической неоднородности.

Контрольные вопросы

1.Что представляет собой тонкая диафрагма?

2.Какие диафрагмы называют индуктивными и почему?

3.Какие диафрагмы называют емкостными и почему?

4.Что обозначают термины «индуктивный» и «емкостной» характер сопротивления (проводимости)?

5.Что представляет собой «резонансное окно»?

6.Почему емкостные диафрагмы не используются на практике в СВЧ трактах высокой мощности?

7.Можно ли согласовать с помощью емкостной (индуктивной) диафрагмы емкостную (индуктивную) нагрузку?

8.При каких условиях вертикальный штырь имеет индуктивный (емкостной) характер?

9.Какова эквивалентная схема соединения двух линий передачи разного сечения?

6.4. Изгибы и скрутки волноводов

Изгибы или повороты (англ. – bend) применяются для изменения направления потока электромагнитной энергии в линиях передачи. Прямоугольные волноводы могут быть изогнуты в плоскости электрического поля (изгиб в Е- плоскости) и в плоскости магнитного поля (изгиб в Н-плоскости) волны типа

105

Н10. Такие изгибы являются протяженными нерегулярностями, которые влияют на отражение и затухание волн в волноводах.

В плавных изгибах (рис.6.8,а) область нерегулярности начинается с точки искривления оси волновода и может быть существенно уменьшена, если длина

средней линии изгиба кратна lcp = n Λ2 , где Λ – длина волны в волноводе,

n =1,2, ... .

Для уменьшения габаритных размеров волноводных устройств вместо плавных изгибов применяются уголковые изгибы (рис.6.8,б). Для компенсации нерегулярности, вносимой уголком, применяется двойной поворот со средней длиной промежуточного участка, равной Λ4, а кроме того вводят подстроеч-

ные штыри (рис.6.8,в).

Скрутки (англ. – waveguide twist) применяются для изменения плоскости поляризации волны Н10 прямоугольного волновода. При этом направление продольной оси волновода остается неизменным, а его поперечное сечение плавно поворачивается в поперечной плоскости (рис.6.8,г).

Λ4

lcp

l

Рис.6.8. Волноводные изгибы и скрутки:

а– плавный изгиб; б – уголковый изгиб; в – прямоугольный изгиб;

г– плавная скрутка; д – компактная ступенчатая скрутка

Для получения минимального отражения в широкой полосе частот длина скрутки в случае поворота на 90° должна составлять l ≥ 2 −3Λ . В круглых волноводах для изменения плоскости поляризации волны Н11 размещают по диаметру тонкую металлическую пластину, скрученную вдоль оси волновода, Длина пластины также должна составлять l ≥ 2 −3Λ .