2.2.2. Шестиполюсники свч

Ш

Рис. 1.75.

естиполюсники СВЧ (рис.1.75) являють собою з'єднання трьох хвилеводів і тому називаються трійниками. Основне призначення трійників – розподіл (підсумовування) ЕМХ.

Найбільше поширення одержали трійники на прямокутних, коаксіальних і смугових хвилеводах. Ці пристрої є самими численними елементами і дозволяють створювати розгалужені хвилевідні тракти.

Основні властивості взаємного шестиполюсники без утрат, описуваного симетричною унітарною матрицею розсіювання, полягає в наступному:

1) у загальному випадку він є неузгодженим, тобто

, , ;

2) за допомогою зовнішніх пристроїв, що погодять, або зміною внутрішньої структури шестиполюсника можна погодити тільки одне (будь-яке) плече, у той час як інші два залишаться неузгодженими, тобто із трьох коефіцієнтів відображення , , і тільки один з них може стати рівним нулеві;

3) при подачі сигналу в погоджене плече коефіцієнт розподілу потужності між іншими плічми забезпечується будь-який.

Крім розподілу і підсумовування потужності шестиполюсники застосовуються в пристроях комутації ЕМХ, у поляризаційних фільтрах і в розглянутих раніше погоджуючих пристроях (шлейфах) і частотних фільтрах.

Хвилевідні дільники і підсумовувачі потужності

Найбільш розповсюджені конструкції дільників і підсумовувачів потужності у хвилеводному виконанні приведені на рис.1.76-1.79.

Вони можуть поділяти енергії нарівно (рис.1.77.а, 1.78, 1.79) або в заданому співвідношенні (рис.1.76, 1.77.б). У дільника, зображеного на рис.1.76, паралельно широкій стінці прямокутного хвилеводу расположена металлическая пластина.

Рис. 1.76.

Рис. 1.77.

есть

вляется несогласованным согласованным , матрицей рассеяния, заключается в следуюявляются самыми многочисленными элемент

Рис. 1.77.

Коэффициенты деления зависят от ее расположения относительно размера узкой стенки b.

Р₁ b₁

m₁ =  = ;

P b

Р₂ b₂

m₂ =  = 

P b

m ₁ + m₂ = 1 Модификация такого же делителя с делением поровну и сокращением

размера b приведена

на рис. 1.78 (Y- образный).

Рис. 1.78

Этот же принцип деления изображен на рис.1.77, причем на рис. 1.77.б показана принципиальная возможность деления на необходимое количество каналов.

Ш ирокое распространение получили так называемые Т-об­разные волноводные разветвления - тройники. Они пред­ставляют собой соединение двух волноводов (основного и вспомогательного), продольные оси которых расположены под прямым углом (рис.1.79).

В

Рис. 1.79

спомогательный (боковой) волновод может включаться либо в широкую (последовательно), либо в узкую стенку (паралельно) основного волновода. В первом случае плоскость разветвления волново­дов совпадает с плоскостью электрических силовых линий, по­этому такое разветвление называется Е- тройником (рис.1.79.а). Во втором случае плоскость разветвления совпадает с плоскостью магнитных силовых линий, поэтому такое разветвление волновода называется Н-тройником (рис. 1.79.б).

В соответствии с этим волноводные тройники можно представить эквивалентными схемами в виде последовательного и параллельного соедине­ния линий.

К оличественный анализ тройников из-за сложности выкла­док не приводится. Рассмотрим свойства волноводных тройни­ков с качественной стороны.

О

Рис. 1.80

становимся на свойствах Е - тройника. На рис.1.80 пока­зано распределение электрического поля при различных ва­риантах питания тройника. Предполагается, что плечи трой­ника согласованы и что в них может распространяться только основная волна. Если тройник питать со стороны плеча 2 (рис. 1.80.а), то в плечах 1 и 3 возбуждаются противофазные волны одинаковой амплитуды. Распределение поля при питании со стороны плеч 1 и 3 показано соответственно на рис. 1.80. б,в.

Как видно из рисунков, энергия, поступающая в одно из плеч, распределяется между двумя другими.

Рассмотрим, как распределяется поле при питании тройни­ка одновременно со стороны плеч 1 и 3. Предположим, что плечи 1 и 3 симметричны относительно плеча 2, а возбуждаю­щие их колебания имеют равные амплитуды. Если колебания синфазны (рис. 1.80. г), то плечо 2 они возбуждают в противофазе, в чем можно убедиться, совместив рис. 1.80. б, в. Та­ким образом, при синфазном возбуждении плеч 1 и 3 энергия в плечо 2 не поступает. В основном волноводе устанавливает­ся режим стоячих волн, причем в плоскости симметрии будет пучность электрического поля. При противофазном питании плеч 1 и 3 (рис. 1.80.д) вся энергия ответвляется в плечо 2, так как колебания в это плечо приходят в фазе. В основном волноводе в плоскости симметрии будет нуль электрического поля. Из сравнения рис.1.80.а и д видно, что тройник обладает обратимыми свойствами (удовлетворяет теореме взаимности).

А налогичным способом проанализируем свойства Н- тройника. При питании тройника со стороны плеча 2 в плечах 1 и 3 возбуждаются синфазные волны с равными амплитудами (рис. 1.81а). При питании тройника через плечо 1 (рис.1.81.б) энергия распределяется между плечами 2 и 3.

Р

Рис. 1.81

ассмотрим распределение поля при питании тройника од­новременно со стороны плеч 1 и 3, полагая, что соблюдаются такие же условия, как и для Е-тройника. Если плечи 1 и 3 пи­тать синфазно (рис. 1.81.в), то в плечо 2 колебания приходят в фазе, поэтому вся энергия поступает в это плечо. В плоскос­ти симметрии тройника будет максимум электрического поля. К такому же результату можно было прийти на основании теоремы взаимности, анализируя рис.1.81.а.

При противофазном возбуждении плеч 1 и 3 (рис. 1.81 г) энергия в плечо 2 не поступает, так как колебания в это плечо приходят в противофазе. В основном волноводе устанавлива­ется режим стоячих волн, причем в плоскости симметрии трой­ника будет узел электрического поля. Сравнивая рис.1.80.д и 1.81.в, можно заключить, что при одновременном пи­тании плеч 1 и 3 условия ответвления энергии в Е- и Н-тройниках различны.

В Е-тройнике ответвление происходит при противофазном питании плеч 1и 3. Чтобы получить ответвление в Н-тройнике, плечи 1 и 3 необходимо возбуждать синфазно.

Н- тройник имеет большую электрическую прочность по сравнению с Е- тройником, но уступает ему в широкополосности.

Делители и сумматоры мощности на коаксиальных волноводах

Коаксиальный тройник (рис. 1.82)

Т ак как ответвления с Z_В1 и Z_В2 соединены параллельно, то их волновые сопротивления связаны соотношением 1 1 1

 =  + 

Z_В Z_В1 Z_В2

Если плечи тройника согласованы, то деление мощности между плечами зависит от их волновых сопротивлений.

Коэффициент деления m равен:

Р₁ Z_В2 m²_i

m =  =  , где Р_і = , (і = 1,2). Рис. 1.82

Р₂ Z_В1 2Z_Вi

Если волновое сопротивление Z_в плеча, подводящего ЭВМ к тройнику, и m заданы, то

Z_В1 = (1 + ¹/_m)Z_в; Z_В2 = (1 + m)Z_В. В частности, при m = І Z_В1 = Z_В2 = 2Z_В2.

Это может быть обеспечено за счет разных размеров поперечных сечений линии. Если это условие не выполняется то в подводящей линии установится режим смешанных волн.

К роме нерегулируемых делителей мощности в практике используются регулируемые,

одним из вариантов которых является Y – трансформатор (рис. 1.83).

Конструктивно Y – трансформатор выполняется таким образом, что расстояние от точки разделения 3 до точек І и 2 равны в/₄.

Для обеспечения возможности регулировки мощности в плечах І и 2 длина короткозамкнутых отрезков выбирается равной . Рис. 1.83

В этом случае коэффициенты деления мощности

; : .

Т.е.,если l₁ = 0, то m₁ = 0, m₂ = І, m = 0;

п ри l₁ = в/₄, m₁= І, m₂ = 0, m = ;

при l₁ = в/₈, m₁ = m₂ = 0,5, m =І

Рассматриваемое устройство, кроме того, обеспечивает сдвиг по фазе

сигналов в нагрузке І и 2 на 90⁰. Рис. 1.87

На рис. 1.87 показан принцип построения многоканальных коаксиальных делителей и сумматоров мощности. Сигнал, поступаемый по основному волноводу (центр рисунка), делится между шестью выходами устройства.