Линий передачи (стр. 5 из 8)

3.3. Коаксиально-полосковые переходы [2, 3]

Коаксиально-полосковые переходы в зависимости от взаимного расположения соединяемых проводников могут быть соосными или перпендикулярными (рис. 17). Для уменьшения нерегулярности в области сочленения внутренний диаметр внешнего проводника коаксиальной линии должен быть близким расстоянию между внешними пластинами симметричной полосковой линии или удвоенной толщине основания несимметричной полосковой линии. Для улучшения согласования в соосном переходе делают скосы на конце полоскового проводника (рис. 17а). При таком соединении структуры полей основного типа наиболее близки друг к другу по своей конфигурации.

а) б)

Рисунок 17 – Коаксиально – полосковые переходы

Согласование перпендикулярного коаксиально-полоскового перехода (рис. 17б) осуществляют подбором диаметра соединительного штыря, проходящего через диэлектрическое основание, а также размеров коаксиальной диафрагмы на выходе из коаксиальной линии и короткого разомкнутого шлейфа из отрезка полоскового проводника. Часто коаксиально-полосковые переходы совмещают с коаксиальными соединителями.

3.4. Волноводно-полосковые переходы [2, 3]

Устройства для возбуждения полосковой линии передачи от прямоугольного волновода с волной Н₁₀ называются волноводно-полосковыми переходами.

Рисунок 18 – Волноводно – полосковый переход

Соединение полосковой линии с прямоугольным волноводом может быть выполнено через плавный или ступенчатый переход на П-образном волноводе (рис. 18). В такой конструкции перехода обеспечивается широкополосное согласование прямоугольного волновода с полосковой линией передачи и устраняется паразитное излучение из открытого конца волновода.

4. Переходные секции в волноводах [1-3]

Переходные секции в волноводах служат для изменения направления волноводного тракта и соединения волноводов с различными поперечными сечениями. Конструктивно эти секции представляют собой отрезки волноводов с фланцами на концах.

Очень важно снизить потери в волноводе для того, чтобы уменьшить затухание волн и повысить к.п.д. С этой целью внутреннюю поверхность волновода, по которой проходят токи, наведенные электромагнитным полем, делают возможно более гладкой и покрывают ее серебром. Весьма тщательно также соединяются отдельные части волновода друг с другом.

Второй, не менее важной проблемой, является сведение к минимуму частичных отражений от различных неоднородностей, имеющихся в волноводе. К таким неоднородностям относятся волноводные уголки (повороты), изгибы и ответвления, а также вращающиеся сочленения двух волноводов. Любые нарушения однородности внутреннего устройства волновода приводят к появлению отраженных волн, в результате чего уменьшается КБВ, возрастают потери и снижается к.п.д.

4.1. Волноводные уголки (повороты) и изгибы[1-3]

Волноводные уголки (повороты) и изгибы (рис. 19) представляют собой нерегулярности, распределенные вдоль линии на расстоянии, сравнимом с длиной волны. Эти нерегулярности снижают качество согласования и за счет концентрации силовых линий электрического поля в области резких изгибов снижают электрическую прочность тракта. Такой распределенной нерегулярности можно придать форму, обеспечивающую минимальные отражения.

Рисунок 19 – Повороты линий передачи

В уголковых изгибах любых линий передачи в той или иной мере возбуждаются поля нераспространяющихся волн высших типов, в которых происходит накопление электромагнитной энергии. Для минимизации возникающих из-за этого отражений изгибы дополняют различными согласующими элементами. Например, изгиб на 90° коаксиального тракта сочетают с четвертьволновым изолятором и дополняют небольшой проточкой на внутреннем проводнике линии (рис. 19а). Подбор расположения и размеров проточки, а также правильный выбор длины металлического изолятора позволяют сохранить согласование в тракте в широкой полосе частот.

Повороты в полосковой линии передачи согласовывают с помощью «подрезания» внешних углов примерно на 1/3 диагонали, соединяющей внутренний и внешний углы поворота (рис. 19б). Однако, такие компенсированные повороты вносят небольшое добавочное запаздывание в линию передачи и это должно учитываться при расчете электрических длин резонансных отрезков.

В прямоугольном волноводе с волной типа Н₁₀ уголки и радиусные изгибы могут быть выполнены как в Е- так и в Н- плоскости. Кроме того, уголки могут быть простые и двойные. В двойных поворотах (рис. 19г) две нерегулярности разносят на расстояние l_в/4. Создание скосов (рис. 19в) и двухуголковых (рис. 19г) изгибов имеют своей целью улучшить согласование как из-за уменьшения отражений от каждой нерегулярности, так и вследствие взаимной компенсации отражений от них.

В радиусных изгибах (рис. 19д) для уменьшения отражения необходимо, чтобы радиус изгиба R был не меньше длины волны в волноводе, а средняя длина L изогнутого участка кратна величине l/2, так как в этом случае изогнутый волновод играет роль полуволновой линии, согласующей равные волновые сопротивления на входе и выходе.

4.2. Волноводные скрутки

Волноводные скрутки (рис. 20) служат для изменения направления поляризации волны. Длина скрутки, так же как и в радиусном изгибе, выбирается равной целому числу полуволн в волноводе. Для работы в широкополосных устройствах длина скрутки должна быть не менее (2-З) l.

Рисунок 20 – Волноводная скрутка

5. Отражающие препятствия в волноводных трактах

Наряду с паразитными нерегулярностями реального тракта (сочленения, переходы, повороты и т. д.), ухудшающими его характеристики, в трактах применяют также полезные нерегулярности, как «строительные элементы» для согласующих устройств, резонаторов, фильтров и других узлов СВЧ.

5.1. Волноводные стыки [2-4]

В ступенчатых переходах и фильтрах широко используют соосное соединение двух прямоугольных волноводов различного поперечного сечения (рис. 21). Упрощенная схема замещения такого соединения представляет собой стык линий передачи с нормированными волновыми сопротивлениями Z_в1 и Z_в2.

Более точная схема замещения содержит параллельно включенную емкость С, обусловленную наличием вблизи стыка волн не распространяющихся типов. Влияние добавочной емкости на характеристики волноводных трансформаторов может быть скомпенсировано некоторым укорочением отрезков линий.

Рисунок 21 – Соосный стык прямоугольных волноводов:

а) – эскиз, б) – схема замещения

5.2. Волноводные диафрагмы [2-4]

Диафрагмами называют тонкие металлические перегородки, частично перекрывающие поперечное сечение волновода. В прямоугольном волноводе наиболее часто употребляются симметричная индуктивная, симметричная емкостная и резонансная (индуктивно – емкостная) диафрагмы (рис. 22).

Размеры и расположение этих перегородок подбираются с целью получения в основном волноводе взаимного уничтожения волн, отраженных от конца волновода и от перегородки.

а) б) в)

Рисунок 22 – Диафрагмы в прямоугольном волноводе

Если перегородки расположены перпендикулярно электрическому полю (рис. 22а), то они сближают заряды, имеющиеся на противоположных стенках волновода, т.е. создают увеличенную емкость и действуют подобно емкостному шунту в линии.

При расположении перегородок параллельно электрическим силовым линиям (рис. 22б), в них возникают токи, создающие свое магнитное поле, и тогда перегородка действует подобно индуктивному шунту.

Иногда применяют также индуктивно – емкостную перегородку (рис. 22в).

5.3. Индуктивный штырь [2,3]

Индуктивный штырь (рис. 23а) представляет собой проводник круглого сечения, установленный в прямоугольный волновод по направлению силовых линий напряженности электрического поля Е и соединенный с двух концов с широкими стенками волновода. Схема замещения индуктивного штыря содержит параллельно включенную индуктивность и два последовательных емкостных сопротивления, учитывающих конечную толщину штыря. Индуктивные штыри не снижают электрической прочности волновода и просты в изготовлении. Когда необходимы низкие значения параллельного сопротивления х_А, применяют решетки из нескольких индуктивных штырей, расположенных в поперечном сечении волновода (рис. 23б).

Рисунок 23 – Индуктивный штырь в прямоугольном волноводе