Расчет фидерного тракта антенны.

Параметры прямоугольного волновода:

В качестве фидерной линии в сантиметровом диапазоне волн обычно применяют прямоугольные волноводы с волной Н₁₀. Поперечное сечение такого волновода имеет вид:

При этом критическая длинна волны определяется так: l_кр=2а.

Выбирая размеры поперечного сечения волновода, исходят из условия нахождения основной волны Н₁₀ в докритическом режиме, а высших типов волн, в частности Н₂₀ и Н₀₁, в закритическом режиме. Из этих условий следуют неравенства:

• размер широкой стенки: 0,6l<a<0,9l.; 2,1см<a<3,15см

• размер узкой стенки: b<l/2; b<1,75см.

Определив по приведенным формулам ориентировочные размеры a и b, далее по справочнику выбираем стандартный волновод: a=23 мм; b=10мм.

Материал стенок волновода – латунь.

Толщина стенок волновода 1мм.

Максимальная (предельная) мощность, пропускаемая волноводом с волной Н₁₀, определяется соотношением:

Епред=30 кВ/см – напряженность электрического поля, при которой происходит пробой в воздухе.

Р_пред 890 кВт.

Допустимой мощностью называют предельную мощность пропускания, умноженную на коэффициент запаса электрической прочности, учитывающий неоднородности, вызывающие местные концентрации электрического поля, климатические факторы и наличие стоячей волны. Допустимая мощность Р_доп определяется как: Р_доп = (1/3…1/5)Р_пред.

Р_доп=178 кВт.

При повороте волновода на 90⁰, производить скругление изгиба не требуется, так как данная антенна работает в достаточно узкой полосе частот.

Параметры круглого волновода:

Осевая симметрия поля, необходимая для сохранения постоянства передачи электромагнитной энергии при вращении подвижной части волноводного тракта относительно неподвижного, имеется в круглых волноводах с симметричными волнами типа Е₀₁ и Н₀₁.

Поперечное сечение такого волновода имеет вид:

Из-за сложности возбуждения волны Н₀₁ в круглом волноводе в чистом виде (одновременно возбуждаются волны типа Н₁₁, Е₀₁, Н₂₁,Е₁₁) использование вращающихся сочленений на основе данного типа волны не получило широкого практического применения.

Диаметр основного круглого волновода сочленения D определяется из условия распространения волны Е₀₁ (D>0,76l) и затухания высших типов волн (D<0,97l), т.е.

2,66 см <D< 3,4 см

D = 3,34 см. R = 1,67 см.

Проверка круглого волновода на максимальную пропускаемую мощность не производится, так как в прямоугольном волноводе с волной Н₁₀ электрический пробой наступает быстрее, чем пробой в круглом волноводе при любом типе волны.

Дроссельно-фланцевые соединения:

Для соединения отрезков волноводных линий передачи используются дроссельные соединения в круглых, вращающихся друг относительно друга, волноводах и контактные фланцевые соединения в прямоугольных волноводах.

В качестве дроссельной секции в круглом волноводе применяется полуволновая замкнутая линия, состоящая из двух параллельных четвертьволновых участков, длиной l_E01/4=1,47 см., с разными волновыми сопротивлениями. Использование притертого фланца при тщательной обработке и строгой параллельности фланцевых поверхностей позволяет получить в месте соединения двух отрезков волноводных линий хороший электрический контакт.

Переход от прямоугольного волновода к круглому:

Для согласования волнового сопротивления прямоугольного волновода с круглым волноводом используются индуктивные диафрагмы, которые впаиваются с двух сторон в прорези в узких стенках прямоугольного волновода, емкостные диафрагмы в виде кольцевого выступа в круглом волноводе, индуктивные штыри, впаиваемые в прорези в широкой стенке прямоугольного волновода, положение и размеры которых подбираются экспериментально.

Подавление паразитных типов волн:

При переходе от прямоугольного волновода с волной Н₁₀ к круглому волноводу в последнем возникают волны: рабочая - Е₀₁ и более низкая паразитная - Н₁₁. Волна Н₁₁ имеет несимметричную структуру поля и её энергия в круглом волноводе равна 1%, поэтому необходимы специальные устройства для гашения этой волны (допустимое содержание паразитных волн составляет 0,1%). В конструкциях таких сочленений для подавления паразитных волн широко применяют «гасящие объемы» и резонансные кольца.

Схема сочленения с «гасящими объемами» и резонансными кольцами имеет вид:

«Гасящий объем» представляет собой круглый волновод, включаемый последовательно с возбуждающим прямоугольным и основным круглым волноводами сочленения. Если длину волновода сделать кратной целому числу полуволн типа Е₀₁, то входное сопротивление волноводов для волны Е₀₁ будет мало, и эта волна без затухания будет распространяться в основном круглом волноводе. Если одновременно сделать длину волновода кратной нечетному числу четвертей длин волн для волны Н₁₁, то входное сопротивление гасящего волновода для этой волны будет велико, и волна Н₁₁ в основном круглом волноводе распространяться не будет. Следовательно, длина «гасящего объема» определяется из условий: l=l_E01/2; l=3l_H11/4,

где l_E01=5,86 см; l_H11=4,44см – длины волн в волноводе.

После подстановки получаем: l=3 см.

Диаметр гасящего волновода определяется из соотношения:

d=3,1 см.

Схема установки резонансных колец в круглом волноводе:

Принцип действия резонансных колец заключается в следующем. Линии электрического вектора перпендикулярны кольцу, поэтому при точной ориентировке кольца в волноводе в нем не возбуждаются токи и волна Е₁₀ распространяется без потерь. В то же время волна Н₁₁ возбуждает в кольце токи, имеющие резонанс при длине кольца, равной длине волны в воздухе. Текущие в кольце токи возбуждают в волноводе волну типа Н₁₁ с фазой поля, сдвинутой на 180⁰ по отношению к фазе возбуждающего поля. Поэтому в круглом волноводе за кольцом поля волны Н₁₁ взаимно уничтожаются.

r₀ = 0,0655 см - радиус круглой проволоки для изготовления колец.

r = 0,69 см – внутренний радиус кольца.

L=(2n+1)l_H11/4 - расстояние между фильтрующими кольцами; n=1,2….

L=5,55 см.

Расстояние от кольца до дна основного круглого волновода выбирается из конструктивных соображений. Так как оно больше четверти длины волны Н₁₁, то практически не влияет на резонансную частоту кольца.

L1=2,2 см - расстояние от кольца до дна основного круглого волновода.