166

Контрольные вопросы

1.В чем состоят условия резонанса резонаторов бегущей волны?

2.В чем состоит схожесть и отличие условий резонанса в резонаторе бегущей волны и в обычном объемном резонаторе?

3.Почему амплитуда бегущей волны в кольце при резонансе не достигает бесконечности и чем определяется ее конечное значение?

4.При каких условиях реализуется критическая связь для резонатора бегущей волны?

5.В чем заключается принцип работы направленного ответвителя с переменным коэффициентом связи?

6.Каковы типичные области применения резонаторов бегущей волны?

167

новодов. Тонкая же часть штыря больше влияет на согласование плеч круглого волновода.

Если плоскости отсчета фаз выбраны таким образом, что коэффициенты матрицы рассеивания действительны, то матрица рассеивания согласованного турникетного соединения принимает вид

Согласованное турникетное соединение имеет следующие свойства.

1. Если в плечи 5 и 6 (рис.9.10) подаются одинаковые сигналы, то есть в кру г- лый волновод поступает волна, поляризованная по биссектрисе между осями 5 и 6, а плечи креста имеют согласованные нагрузки, то поданная в круглый волновод мощность будет распределяться поровну между плечами 1, 2, 3 и 4 без отражения в круглый волновод. Причем в парах плеч 1–2 и 3 –4 выходные сигналы находятся в фазе, но сигналы одной пары плеч находятся в противофазе относительно сигналов другой пары плеч.

2.Если же сигнал поступает в один из прямоугольных волноводов, например в плечо 1, а остальные плечи имеют согласованные нагрузки, то половина мощности входного сигнала поступает в круглый волновод, а другая половина делиться поровну между плечами 2 и 4. В плечо 3 мощность не приходит.

3.Если в плечо 1 поступает сигнал, а в круглом волноводе (плечи 5 и 6) на ра с- стоянии, которое обеспечивает сдвиг фазы θ = nπ от плоскости отсчета, размещен короткозамыкающий поршень, то выходной сигнал делится поровну между плечами 2, 3, 4, однако часть мощности ответвляется назад в плечо 1. Потому, если в плече 1 предусмотреть дополнительное согласующее устройство, можно, во всяком случае, в узком диапазоне частот, обеспечить равномерное деление мощности между тремя другими прямоугольными волноводами.

4.Если плечи 2 и 4 короткозамкнуты и одинаковы по длине, то две отраженные от них волны оказываются в центре соединения в фазе и отраженная мощность разделится поровну между плечами 1 и 3. Отраженная мощность не проникает

вкруглый волновод, потому что отраженные от плеч 2 и 4 волны будут иметь развернутые на 1800 поляризации и компенсировать друг друга.

5.Если одно из короткозамкнутых плеч длиннее другого на величину, равную

Λ4 , то при поступлении сигнала в плечо 1 волны, отраженные от корокозамы-

кателей, будут в фазе, а поляризация волны, образованная ими в круглом волноводе, будет совпадать с осью короткозамкнутых плеч. В таком случае в круглом волноводе будут распространяться две волны, одинаковые по амплитуде и

168

такие, отличающиеся по фазе на 90°. Если длина плеч регулируется, а разность длин поддерживается равной Λ4 , то поляризация волны, образованная отра-

женными волнами, будет изменяться.

Будем считать, что короткозамыкающие поршни расположены в плечах 2 и 4 на расстояниях, обеспечивающих фазовые сдвиги θ2 и θ4 , относительно

поршня относительно плоскости отсчета в плече 2. Свойства такого устройства существенно зависят от величины θ2 :

а) при θ2 = nπ , (n = 1,2,...) матрица рассеяния имеет вид

Рассмотренное устройство действует как обычное мостовое соединение, отличаясь от него только объединением двух плеч 3 и 4 в одном круглом волноводе. Плечи 1 – 2, как и плечи 3 – 4, развязаны. То есть, если в плечо 1 посту-

169

(рис.9.12), а другая – вправо вниз. Первая поступает в плечо 1, а вторая – в плечо 2. Волны в плечах 1 и 2 находятся в фазе. Таким образом, устройство позволяет проводить анализ поляризации волны, которая линейно поляризована так, что плоскость поляризации ориентирована под произвольным углом.

При θ2 = nπ + π2 устройство работает аналогично, с той лишь разницей,

что необходимо изменить места номеров выходов.

Из-за взаимности, если в плечи 1 и 2 вводятся волны в фазе, в круглом волноводе появляется волна с линейной поляризацией, направление которой зависит от амплитуд падающих волн.

б) если θ2 = nπ + π4, то свойства соединения изменяются. Матрица рассеяния приобретает вид

Если в плечо 1 поступает сигнал, то в круглом волноводе появляется волна с круговой поляризацией. Теперь устройство действует подобно четвертьволновой пластине, одновременно заменяя собой переход от прямоугольного волновода к круглому. Плоскость поляризации выходного сигнала вращается по часовой стрелке при θ2 = nπ + π4 и против часовой стрелки при

θ2 = nπ − π4.

Вслучае заданного значения θ2 сигнал, который поступает в плечо 2,

возбуждает в круглом волноводе волну, круговая поляризация которой будет направлена в противоположную сторону.

Возможен и обратный эффект. Если в круглый волновод поступает сигнал, который имеет эллиптическую поляризацию, то он будет разложен на составляющие поляризации, одна из которых появиться в плече 1, а другая – в плече 2.

Таким образом, с помощью турникетного соединения можно синтезировать любую эллиптическую поляризацию, изменяя амплитуду и фазу волн, которые поступают в плечи 1 и 2, и наоборот, измеряя амплитуды волн, выходящих из плеч 1 и 2, можно определить параметры поляризации падающей волны в круглом волноводе.

Если сигнал из плеча 1 возбуждает в круглом волноводе сигнал с круговой поляризацией определенного направления вращения, то при обратном направлении круговой поляризации волна, которая поступает в соединение через круглый волновод, пройдет в плечо 2. Это явление применяется на практике для коммутации непрерывных сигналов. То есть, если турникетное соединение настроено на круговую поляризацию θ2 = π4 , то сигнал, приходящий в плечо

1, будет возбуждать на выходе круглого волновода волну с правой круговой поляризацией. После отражения от любой изотропной поверхности (металл,

170

диэлектрик и т.п.), которая находилась или в самом круглом волноводе, или во внешнем облучаемом пространстве, эта волна возвратится с противоположным направлением вращения круговой поляризации. Когда эта отраженная волна поступит назад в турникет, выходной сигнал будет наблюдаться только в плече 2. Таким образом, турникетное соединение выполняет функции антенного переключателя, который обеспечивает развязку между выходом передатчика и входом приемника.

На базе турникетного соединения возможно построение циркулятора. Если закоротить круглый волновод и внести в него ротатор, который поворачивает плоскость поляризации волны на 45°, то при расстоянии между короткозамыкателем и плоскостью отсчета θ = nπ можно получить четырехплечий циркулятор 1-2-3-4-1.

На электрических схемах турникетное соединение обозначается как пересечение двух прямоугольных и одного круглого волноводов (рис.9.10,б).

Контрольные вопросы

1.Какова конструкция турникетного соединения?

2.Каким образом нумеруют плечи турникетного соединения?

3.Каким образом можно достичь согласования плеч турникетного соеди-

нения?

4.Какой вид имеет идеальная матрица рассеяния турникетного соединения, и каково ее физическое содержание?

5.Каким образом нумеруют плечи турникетного соединения в случае короткозамкнутых плеч 2, 4?

6.Какой вид имеет идеальная матрица рассеяния турникетного соединения

вслучае короткозамкнутых плеч 2, 4, и каково ее физическое содержание?

7.Каково назначение турникетного соединения и основные схемы его применения?