3.3 Приклад розв’язання завданНя 3

1. Принципова схема досліджуваного хвилеводного пристрою зображена на рис.3.4.

Рис. 3.4 – Принципова схема хвилеводного пристрою

2. Коротко опишемо призначення і принцип роботи вузлів даного пристрою.

Рис. 3.5 – Пристрій збудження

РПДП (радіопередавальний пристрій). Для збудження електромагнітних коливань у лінії передачі вводять спеціальні пристрої – пристрої збудження, які мають різноманітну конструкцію, наприклад, модифікація електричного вібратора (рис.3.5). Основні вимоги, які висуваються до пристроїв збудження: а) пристрій має забезпечувати ефективне збудження бажаного типу хвилі; б) коефіцієнт відбиття від входу пристрою збудження має бути мінімальним у потрібній смузі частот; в) пристрій повинен мати електричну міцність, достатню для пропускання необхідної потужності.

Рис. 3.6 – Плавний перехід

ПП (плавний перехід, трансформатор хвиль) 2. Трансформатор хвиль (перехід) необхідний для узгодження активних навантажень різних за розміром хвилеводів 1 і 3. У технічних вимогах до з’єднання ліній вказується деяка робоча смуга частот і задається допустимий рівень неузгодженості у цій смузі. У плавному переході розміри поперечного перерізу змінюються плавно (рис.3.6). Найпростішим прикладом плавного переходу є експоненціальний трансформатор – відрізок нерегулярної лінії передачі, хвильовий опір якої змінюється згідно закону

.

ВФФ (вентиль феритовий на ефекті Фарадея) А. Ефектом Фарадея називають явище обертання площі поляризації лінійно поляризованої хвилі при її розповсюдженні у гіротропному середовищі. Вентиль на ефекті Фарадея (рис.3.7, а) складається із відрізка круглого хвилеводу з феритовим стержнем 1, який розташований по вісі, і зовнішнього соленоїду 4, який утворює повздовжнє поле підмагнічення. З обох боків круглий хвилевід закінчується плавними переходами 2 до прямокутних хвилеводів. У переходах паралельно широким стінкам вхідного і вихідного хвилеводів встановлені поглинаючі пластинки 3. Вихідний хвилевід повернутий відносно вхідного на кут 45°. Падаюча хвиля , яка подається на вхід І, не ослаблюється у поглинаючій пластині і перетворюється у хвилю круглого хвилеводу. Діаметр і довжина феритового стержня та напруженість поля підмагнічення обрані таким чином, що площина поляризації хвилі після проходження зразка фериту обертається на 45° за годинниковою стрілкою і хвиля без завад потрапляє у вихідний хвилевід, вузькі стінки якого виявляються паралельними вектору (рис.3.7, б). Для зменшення відбиття кінці феритового стержня і поглинаючих пластинок мають скоси. Відбита хвиля , яка потрапляє на вхід ІІ (рис.3.7, в), без послаблення перетворюється у хвилю круглого хвилеводу. Після проходження феритового зразка площина поляризації обертається за годинниковою стрілкою на 45°. На виході ділянки з феритом вектор виявляється паралельним широким стінкам хвилеводу на вході І і поглинаючій пластині 3. На вхід І відбита хвиля не проходить, і вся потужність, яка переноситься нею, розсіюється у поглинаючій пластині. Таким чином, пристрій характеризується властивостями вентиля.

Рис.3.7 – Вентиль феритовий на ефекті Фарадея

ТТ (подвійний Т-міст, подвійний хвилевідний трійник)В. Пристрій схематично зображений на рис. 3.8. Він представляє собою суміщення в одній конструкції узгоджених -площинного і -площинного Т-трійників. У цьому пристрої перехід енергії з плеча 1 у плече 4, а також з плеча 4 в 1 при збудженні хвилею неможливий. Крім того, при збудженні плеча 1 потужності, які потрапляють у плечі 2 і 3, дорівнюють половині вхідної потужності, а поля синфазні. При збудженні плеча 4 потужності, які потрапляють у плечі 2 і 3, дорівнюють половині вхідної потужності, а поля протифазні. При збудженні плеча 2 енергія не потрапляє у плече 3. Отже, подвійний Т-міст виступає ідеальним подільником потужності між пристроями.

Рис. 3.8 – Подвійний хвилевідний трійник

Рис. 3.9 – Рупорна антена

РА (рупорна антена) С. На дециметрових і більш коротких хвилях широке розповсюдження знаходять рупорні антени. Перевагами рупорних антен є простота і непогані діапазонні властивості. Самостійно рупорні антени найчастіше використовуються у вимірювальних установках. Крім того, рупори використовуються для опромінення дзеркальних і лінзових антен, а також у конструкціях антен інших типів, наприклад імпедансних. У якості рупорних антен можна використовувати відкритий кінець хвилеводу, -секторіальний, -секторіальний, пірамідальний (рис.3.9) і конічний рупори. Так як фазова швидкість хвилі поблизу розкриву рупора наближається до швидкості світла, то різко зменшується відбиття хвилі від випромінюючої поверхні розкриву.

ПН (поглинаюче навантаження) D. До числа найбільш розповсюджених елементів трактів належать узгоджені навантаження, призначені для поглинання потужності, яка передається по лінії передачі. Узгоджені навантаження використовуються також в якості еквівалентів антен при настроюванні передавальної апаратури й у вигляді міри опору у вимірювальних пристроях НВЧ. Основною характеристикою узгодженого навантаження є модуль її коефіцієнта відбиття у заданій смузі частот. Важливою характеристикою навантаження є допустима потужність, що поглинається. Способи виконання навантажень залежать від типу лінії передачі, діапазону частот і потужності. Розрізняють зосереджені і розподілені навантаження. Хвилеводні узгоджені навантаження виконуються у вигляді поглинаючих вставок змінного профілю у відрізку короткозамкненого хвилеводу. У малопотужних навантаженнях вставки мають вигляд тонких діелектричних пластин, вкритих графітовими чи металічними плівками (рис. 3.10, а). Об’ємні поглинаючі вставки (рис. 3.10, б – г) з більшою потужністю розсіяння виконують із композитних матеріалів на основі порошків графіту, карбонільного заліза чи карбіду кремнію. Для зменшення відбиття поглинаючим вставкам надають вигляд клинів чи пірамід.

Рис. 3.10 – Види поглинаючих навантажень

РПП (радіоприймальний пристрій) Е – власне пристрій прийому інформації, у якості якого може виступати прийомна антена, наприклад рупорна.

3. Розрахуємо величини потужності на входах вузлів С (рупорна антена) і Е (радіоприймальний пристрій), якщо радіопередавальний пристрій має потужність  мВт, ККД трансформатора , згасання у прямому напрямку у вентилі на ефекті Фарадея  дБ, а вхідна потужність в Т-мості ділиться навпіл між виходами. Згасанню 0,5 дБ відповідає коефіцієнт передачі за потужністю . Отже, потужності на входах вузлів С і Е:

 [мВт].

Таблиця3.4 Варіанти для виконання РГР.

N вар	f, ГГц	а, мм	b, мм		m		n	Тип вузлу					Призначення пристрою
								А	В	C	D	E
1	4	58	29		4		0	ВФФ	ЩМ	РА	РА	ПН	Живлення двох антен сигналами різної потужності
2	5	48	22		5		0	ВФЗ	СВ	РА	РА	ПН	Робота передавача та приймача на одну антену
3	6	40	20		6		0	ВФР	ТТ	РА	РПП	ПН	Робота передавача та приймача на одну антену
4	7	34	15		0		2	ВФФ	СВ	РА	ПН	РПП	Робота передавача та приймача на одну антену
5	8	28	13		0		3	АП	ЦУ	РА	РПП	ДВ	Робота передавача та приймача на одну антену
6	9	23	10		0		4	ВФЗ	ЦФ	РА	РПП	ПН	Робота передавача та приймача на одну антену
7	10	20	10		0		5	ВФР	ЦЕФ	РА	РПП	ПН	Робота передавача та приймача на одну антену
8	11	16	8		0		6	ВФФ	ТТ	РА	ПН	ДВ	Робота передавача та приймача на одну антену
9	10	58	24		4		0	АП	ЦЕФ	РА	ДВ	ПН	Живлення антени з контролем випромінюваної потужності
10	4	72	34		3		0	ВФР	ЩМ	РА	РА	ПН	Живлення антени з контролем випромінюваної потужності
N вар	f, ГГц	а, мм	b, мм		m		n	Тип вузлу					Призначення пристрою
								А	В	C	D	E
11	5,5	58	24		4		0	ВФФ	ТТ	РА	ПН	РА	Живлення двох антен сигналами однакової потуж.
12	4,5	48	22		5		0	ВФЗ	ТТ	РА	ПН	РА	Синфазне живлення двох антен
13	7	40	20		6		0	ВФР	СВ	РА	РА	ПН	Протифазне живлення двох антен
14	6,5	34	15		0		2	ВФФ	ТТ	РА	ПН	РПП	Живлення двох антен сигналами різної потужності
15	8,5	28	13		0		3	ВФР	ЩМ	РА	ДВ	ПН	Робота передавача та приймача на одну антену
16	10	23	10		0		4	АП	ЦЕФ	РА	ДВ	ПН	Живлення антени з контролем випромінюваної потужності
17	12	20	10		0		5	ВФФ	ЩМ	РА	ДВ	ДВ	Живлення антени з контролем відбиваної потужності
18	13	16	8		0		6	ВФЗ	ТТ	РА	РПДП	ПН	Зміна КСВН двополюсника (антени)
19	2,5	86	43		2		0	ВФЗ	ЩМ	РА	ДВ	ПН	Додавання потужностей двох передавачів
20	3,5	72	34		3		0	ВФР	СВ	РА	ДВ	ПН	Живлення антени з контролем відбиваної потужності
21	4,5	58	29		4		0	ВФФ	ТТ	РА	ДВ	ПН	Живлення антени з контролем відбиваної потужності
22	5,5	48	22		5		0	ВФЗ	СВ	РА	ДВ	ПН	Живлення антени з контролем відбиваної потужності
23	6,5	40	20		6		0	ВФР	ЩМ	РА	ПН	ДВ	Живлення антени з контролем відбиваної потужності
24	7,5	34	15		0		2	ВФФ	ЦУ	РА	ДВ	РПП	Живлення антени з контролем відбиваної потужності
25	9	28	13		0		3	АП	ЦФ	РА	ДВ	ПН	Живлення антени з контролем відбиваної потужності
26	9,5	23	10		0		4	ВФЗ	ЦЕФ	РА	ПН	ПН	Живлення антени з контролем відбиваної потужності
27	11	20	10		0		5	ВФР	ЩМ	РА	ДВ	ДВ	Живлення антени з контролем відбиваної потужності
N вар	f, ГГц	а, мм	b, мм		m		n	Тип вузлу					Призначення пристрою
								А	В	C	D	E
28	12	16	8		0		6	ВФФ	ТТ	РА	РПДП	ПН	Зміна КСВН чотирьохполюсника (антени)
29	1	86	43		2		0	ВФФ	СВ	РА	РПП	ДВ	Додавання потужностей двох передавачів
30	2	72	34		3		0	АП	ЩМ	РА	РПП	ПН	Синфазне живлення двох антен
31	3	58	29		4		0	ВФЗ	ЦУ	РА	ПН	ПН	Протифазне живлення двох антен
32	4	48	22		5		0	ВФР	ЦФ	РА	ДВ	ДВ	Живлення двох антен сигналами різної потужності
33	5	40		20		6	0	ВФФ	ЦЕФ	РА	РА	РПП	Робота передавача та приймача на одну антену