3.6.2 Пристрої управління потужністю сигналу
Високочастотний тракт сучасних РЛС призначений для передачі ЕМХ від передавача до антени і від антени до приймача, а також для управління потужністю, фазою, поляризацією, напрямом розповсюдження ЕМХ.
Для вирішення перерахованих задач до складу СВЧ тракту разом з НС, включають пристрої управління параметрами ЕМХ, у тому числі і пристрої управління потужністю ЕМХ.
До них відносять:
пристрої розподілу (підсумовування) потужності ЕМХ, наприклад, направлений відгалужувач (АЛЕ), різні мости;
пристрої поглинання потужності ЕМХ;
пристрої зміни напряму передачі потужності ЕМХ.
Розглянемо ці пристрої.
Пристрої розподілу (підсумовування) потужності ЕМХ.
Пристрої розподілу потужності в заданому відношенні називають направленими відгалужувачами (НВ).
АЛЕ, забезпечуючий розподіл потужності ЕМХ на дві рівні частини, називають мостом. Мости можуть здійснити розподіл потужності ЕМХ наступного вигляду: синфазну; протифазну; квадратурну (тобто із зрушенням на 90о).
Синфазний міст є системою з двох відрізків прямокутних хвилеводів, сполучених по вузькій стінці під прямим кутом (Н-трійник). При подачі потужності в несиметричне плече Н вона ділиться в бічних плечах на дві рівні частини, причому поля синфазні (рис.3.31,а).
Міст протифазний є системою з двох прямокутних хвилеводів, сполучених по широкій стінці під прямим кутом (Е-трійник). В даному випадку відбувається розподіл потужності ЕМХ порівну між плечима, причому поля в них протівофазні (рис.3.31,б).
Рис.3.31. Основні типи мостів СВЧ
Подвійний хвилеводний трійник (ДВТ) - об'єднання Е і Н-трійників. Він володіє властивостями обох типів трійників, часто його називають мостом синфазно-протифазним (рис.3.31,в).
Міст квадратури призначений для розподілу потужності ЕМХ на дві рівні частини з взаємним зрушенням фаз у вихідних плечах на 90о. Прикладом такого пристрою в хвилеводному виконанні є хвилеводно-щілистий міст (ХЩМ) (рис.3.32,а).
Рис.3.32. ХЩМ, НВ і вентиль.
ХЩМ - пристрій, утворений з'єднанням двох відрізків прямокутного хвилеводу по вузькій стінці. Зв'язок між хвилеводами здійснюється через щілину у вузькій стінці. Основними властивостями моста є наступні. Потужність, що поступає в плече 1 ділиться навпіл між плечима 3 і 4 і не поступає в плече 2. Фаза хвиль в плечах 3 і 4 відрізняється на 90о.
Направлений відгалужувач (НВ) є парою відрізків прямокутного хвилеводу, сполучених по вузькій стінці (іноді по широкій) і зв'язаних через одне або декілька отворів зв'язку (см.рис.3.32,б,в).
Вентиль - це пристрій, що забезпечує передачу потужності в одному напрямі і поглинання - в протилежному. Використовують вентилі для узгодження в приймально-передаючих трактах СВЧ (рис.3.32,г,д). У основу роботи вентилів встановлене явище невзаємного резонансного поглинання і зсуви поля, виникаючі при приміщенні поперечно-намагніченого фериту в направляючу систему. Набули широке поширення хвилеводні і коаксіальні вентилі.
Циркулятор призначений для передачі потужності ЕМХ в строго заданому напрямі. Розрізняють фазові феритові циркулятори (ФФЦ) на основі двох ХЩМ (рис.3.33,а) і Y-циркулятори (рис.3.33,б). Принцип роботи ФФЦ заснований на використовуванні явища невзаємного фазового зрушення ЕМХ, що виникає у фериті, що знаходиться в поперечному магнітному полі. Фізика роботи циркуляторов заснована на тому, що під час вступу ЕМХ (по двох шляхах) у фазі, відбувається складання цих хвиль, тобто в це плече енергія виходитиме. Навпаки, під час вступу ЕМХ в плече в протівофазі – відбудеться їх взаємна компенсація, тобто енергія виходити не буде.
Рис.3.33. Основні типи циркуляторів.
Розглянемо найпоширеніший тип циркулятора, так званий Y-циркулятор. На рис.3.34 показані Y-циркулятори в хвилеводному і смуговому виконанні відповідно.
У центрі 120-градусного перетину розташований поперечний намагнічений феритовий зразок (у формі циліндра, диска і т.п.). Підмагнічуюче поле найчастіше створюється постійними магнітами.
Ф
а) б)
Рис.3.34. Y-циркулятор.
Фізика роботи якісно може бути пояснена таким чином. При падінні на ферит хвилі, наприклад з плеча 1, він стає, відповідно до принципу Гюйгенса, джерела нових хвиль, фазові співвідношення між якими залежать від величини і напряму підмагнічуючого поля. Останнє можна підібрати так, що пучність результуючого поля буде протів плеча 2, а вузол - протів плеча 3. При зміні напряму підмагнічуючого поля на протилежне вузол і пучність поміняються місцями.
Y-циркулятору в смуговому виконанні віддають перевагу в довгохвильовій частині дециметрового і метровому діапазонах, де габарити і вага хвилеводних вузлів стає достатньо великою. Смугові Y-циркулятори виконують в основному на симетричних лініях (повітряних) і з діелектричним заповненням. Типові Y-циркулятори забезпечують розв'язку між плечима не гірше 20 дБ в смузі до (15...20)% fo в хвилеводному і до (20...75)% fo в смуговому виконанні.
Таким чином, в РЛС як пристрої управління потужністю широко використовують різні мости, направлені відгалужувачі, вентилі і циркулятори, які можуть виконуватися в хвилеводному, коаксіальному і смуговому варіантах виконання.