4.8. Список використаної та рекомендованої літератури

Вольман В.И., Пименов Ю.В, Техничеекая. электродинамика. Μ., 1971.

Фельдштейн А.Л., Явич Л.Р., Смирнов В.П. Справочник по елементам волноводной техники. Μ., 1967.

Конструкция СВЧ устройств и экранов / Под ред. A.M. Чернушенко. М., 1990.

Надточиев А.И. Исследование мостових схем СВЧ, М., 1978.

Лабораторна робота № 5

ДОСЛІДЖЕННЯ ХВИЛЕВОДНИХ ФАЗООБЕРТАЧІВ НВЧ

Мета роботи – вивчення принципу дії, конструкцій та характеристик хвилеводних фазообертачів, а також засвоєння методики вимірювання фазового зсуву.

5.1. Загальні відомості

Фазообертачем називають пристрій, призначений для зміни фази хвилі, яка проходить через нього. Використовуються фазообертачі для узгодження навантажень і хвилеводних трактів, а також при формуванні сигналів у різних пристроях вимірювальної техніки та приймально-передавальних пристроях.

Відомо, що величину різниці фаз на виході та вході фазообертача можна описати виразом:

, (5.1)

де ℓ відстань – між входом і виходом;

λ_х – довжина хвилі в хвилеводі.

З формули (5.1) випливає, що для зміна фази достатньо змінити параметр ℓ або λ_х, і тому фазообертачі бувають двох типів: перші основані на зміні геометричної довжини лінії, другі – на зміні довжини хвилі в хвилеводі.

За характером внесеного фазового зсуву фазообертачі поділяються на фіксовані та регульовані (дискретні та плавні). За конструктивним оформленням розрізняють фазообертачі для прямокутних, круглих і коаксіальних хвилеводів, а також для смужкових і мікросмужкових ліній.

Основними характеристиками фазоповертачів є величина внесеного фазового зсуву, границі зміни фази, рівень припустимої потужності, точність калібрування фази.

На практиці більше поширені хвилеводні діелектричні фазообертачі, оскільки вони малогабаритні і мають просту конструкцію.

В основі роботи діелектричного фазообертача лежить принцип зміни фазової швидкості хвилі при проходженні її через діелектрик, в якому:

, (5.2)

де С – швидкість світла у вільному просторі;

ε, μ – відповідно діелектрична та магнітна проникності хвилеводу з діелектричним заповненням;

λ_о – довжина хвилі у вільному простори;

λ_κρ – критична довжина хвилі в хвилеводі (для хвилі Н₁₀ λ_κρ= 2а, де а – розмір широкої стінки хвилеводу).

Враховуючи, що довжина хвилі в хвилеводі з діелектриком дорівнює:

, (5.3)

вираз різниці фаз на вході та виході фазообертача матиме вигляд:

. (5.4)

Отже, величина різниці фаз пов'язана з параметрами діелектрика та його розмірами в хвилеводі. Найбільший фазовий зсув можна одержати, помістивши діелектричну пластину в хвилеводі відстань а/2 від вузької стінки хвилеводу (рис. 5.1), де aмплітуда поля максимальна для хвилі типу Н₁₀.

Фазова швидкість хвилі в цьому випадку має бути найменшою. Отже, пересуваючи діелектричну пластину всередині хвилеводу, на змінювати довжину хвилі в ньому і регулювати електричну довжину лінії (відношення геометричної довжини хвилеводу до довжини хвилі λ_χ). Очевидно, що електрична довжина розглянутого фазообертача не залежить від напрямку руху енергії по хвилеводу. Такий фазоповертач πίдпорядковується принципу взаємності.

Рис. 5.1. Діелектричний фазообертач

Рис. 5.2. Фазообертач відбивного типу

На рис. 5.2 зображено відбивний фазообертач, принцип дії якого базується на зміні довжини шляху, який проходить сигнал зі входу на вихід, при постійній довжині хвилі в лінії. Фазовий зсув у такому фазообертачі пропорційний величині зміни довжини шляху Δℓ, який проходить сигнал зі входу на вихід.

На рис. 5.3 зображено Фазообертач, який називається "стискна лінія".·Конструктивно він являє собою відрізок прямокутного хвилеводу, в середині кожної з широких стінок якого прорізано одна над одною поздовжні щілини. До вузьких стінок хвилеводу за допомогою спеціального пристрою прикладають механічне зусилля F, яке деформує хвилевід і звужує широку стінку хвилеводу а.

З виразу (5.4) випливає, що при зміні λ_κρ = 2а змінюється рівниця фаз сигналу на вході та виході "стискної лінії".

Методика вимірювання зсуву фази хвилі грунтується на вимірвванні просторових зміщень вузлів і пучностей потужності електричного поля, наприклад, при пересуванні діелектричної пластиии фазообертача. Вимірювання просторового зміщення вузлів aбо пучностей при цьому виконують за допомогою вимірювальної лінії а фазовий зсув обчислюють за формулою:

. (5.5)

Рис. 5.3. Фазообертач типу "стискна лінія"

Один із недоліків діелектричного фазообертача є залежність послаблення від фазового зсуву Δφ сигналу, яке визначається за виразом:

, (5.6)

де h – висота діелектричної пластини;

R_s – поверхневий опір матеріалу діелектричної пластини;

Z_x – хвильовий опір лінії передачі;

а' – відстань від стінка хвилеводу до длаcтини;

Із співвідношення (5.6) випливає, що величина послаблення сигналу залежить від матеріалу пластини, частоти сигналу та від положення пластини всередині хвилеводу. Максимального значення ос досягне при а' = а/2, тобто коли пластина знаходитиметься посередині широкої стінки хвилеводу.

На практиці використовуються фазообертачі на базі Т-моста з рухомими поршнями. Керування зсувом фази при проходженні сигналу через плечі 5 і 4 здійснюється рухомими поршнями в плечах 1 і 2 (Ε і Η) за умови, що початкове положення поршнів повинно відрізнятись на λ_χ/4. Для виключення впливу Τ-моста в колі вимірювання необхідно поршень у плечі Η поставити в положення 0, а в плечі Е- у положення λ_х/4.