Реферат: Устройства СВЧ

Рис. 6 Емкостной штырь в прямоугольном волноводе

Более ко­роткие штыри имеют ем­костную проводимость: при длинах штыря, боль­ших резонансной, прово­димость носит индуктив­ный характер. Последова­тельные емкостные сопро­тивления в схеме заме­щения учитывают конечность толщины штыря. При малых диаметрах штыря эти сопро­тивления малы, и их влиянием можно пренебречь. Емкостные штыри в основном применяют в качестве регулируемых реак­тивных элементов, вводимых внутрь волновода с помощью резь­бовых отверстий на широкой стенке. Однако емкостные штыри заметно снижают электропрочность волноводов, и поэтому в мощ­ных трактах они не находят применения.

3 РАЗЪЕМЫ И СОЧЛЕНЕНИЯ В ТРАКТАХ СВЧ

Для осуществления сборки и разборки трактов отдельные узлы и устройства СВЧ оснащают специальными разъемами, которые должны обеспечивать надежный электрический контакт в местах соединения проводников между собой. Основные требования к разъемам состоят в сохранении согласования и электрической прочности тракта при минимальном ослаблении мощности и от­сутствии: паразитного излучения.

В высококачественных соединителях для гибких коаксиальных кабелей контакты обеспечивают с помощью пружинных цанг и штекеров (рис. 7, а), удерживаемых в соединении посредством внешних резьбовых соединений или иных фиксирующих приспособ­лений. Соотношение диаметров проводников на любом участке внутри коаксиальных высокочастотных соединителей подбирают таким образом, чтобы с учетом параметров диэлектрика обеспечи­валось постоянство волнового сопротивления линии. Согласование в высокочастотных коаксиальных соединителях в сильной степени зависит от заделки кабеля и при аккуратном выполнении характеризуется среднеквадратическим значением КСВ порядка 1,05—1,15.

Высокочастотное соединители для жестких коаксиальных, вол­новодов на повышенный уровень мощности выполняют без опорных диэлектрических шайб. Эскиз возможной конструкции коаксиального соединителя для жесткой коаксиальной линии показан на рис. 7, б. Во многих случаях высокочастотные соединители для жестких коаксиальных волноводов должны быть герметичными как для защиты внутренних рабочих поверхностей проводника от внешних воздействий, так и для повышения электрической прочности тракта путем создания внутри тракта избыточного давления.

3.1 Соединители волноводных трактов

Соединение отрезков прямоугольных волноводов осуществляют с помощью фланцев двух типов: контактных и дроссельных.

Контактные притертые фланцы требуют тщательной обработки и строгой параллельности соприкасающихся поверхностей и могут обеспечивать высокое качество сочленения, которое, однако, быстро ухудшается при много­кратных пересборках тракта.

Рис. 7 Высокочастотные коаксиальные соединители:

1 — штыревой контакт 2 — гнездовой контакт; 3 — штыревая втулка; 4 — гнез­довая втулка

Рис. 8 Контактный волноводный фланец:

1 — контактная прокладка; 2 — канавки с уплотнителем; 3 — отверстия

для фик­сирующих штифтов

Для улучшения качества кон­такта между фланцами на штифтах помещают бронзовую прокладку, имеющую ряд разведенных пружинящих лепест­ков, прилегающих к внутрен­нему периметру поперечного сечения соединяемых волново­дов (рис. 8). Защита сочле­нения от пыли и влаги осуще­ствляется резиновыми уплотнительными кольцами, уложен­ными в канавках на фланцах по обе стороны от контактной прокладки.

В дроссельном фланце (рис. 9) контакт между волноводами осуществляется через последовательный короткозамкнутый шлейф длиной l _В /2, выполненный в форме канавок и углубления внутри фланца. Четвертьволновой участок между точкой короткого замы­кания А и точкой механического контакта В является коаксиаль­ным волноводом с волной типа Н₁₁ , а второй четвертьволновый участок между точкой механического контакта В и точкой вклю­чения шлейфа в волновод С является отрезком радиальной линии передачи. Точка механического контакта попадает в узел распре­деления поверхностного тока J и поэтому на сопротивлении контакта r_к не происходит заметного выделения мощности. Виртуаль­ное короткое замыкание между сочленяемыми волноводами в точ­ке С обеспечивается тем, что суммарная длина дроссельных кана­вок от точки А до точки С составляет l_в /2. Для защиты полости тракта от внешних воздействий применяют уплотнительную про­кладку, укладываемую в добавочную концентрическую канавку.

Рис. 9 Дроссельный волноводный фланец: a — эскиз; б — схема замещения

Дроссельные фланцы не критичны к качеству механического кон­такта и небольшим перекосам в сочленении, не снижают электри­ческой прочности тракта. Их недостатками являются зависимость качества согласования от частоты и сложность конструкции.

4 ПОВОРОТЫ ЛИНИЙ ПЕРЕДАЧИ

Повороты и изгибы линий передачи относятся к числу нерегулярностей, снижающих качество согласования и электропрочность трактов СВЧ. В уголковых изгибах любых линий передачи в той или иной мере возбуждаются по­ля нераспространяющихся волн высших типов, которым соответ­ствует определенный запас элект­ромагнитной энергии.

Рис. 10 Поворот линий передачи с компенсацией отражений

Для мини­мизации возникающих из-за этого отражений конструкции изгибов дополняют различными согла­сующими элементами. Например, изгиб на 90° коаксиального трак­та сочетают с четвертьволновым изолятором и дополняют неболь­шой проточной на внутреннем проводнике линии (рис. 10,а). Подбор расположения размеров проточки, а также правильный выбор длины четвертьволнового изолятора позволяют сохранить хорошее согласование в тракте в широкой полосе частот.

Повороты в полосковой линии передачи согласовывают с по­мощью «подрезания» внешних углов примерно на одну треть диа­гонали, соединяющей внутренний и внешний углы поворота (рис. 10, б). Однако такие компенсированные повороты вносят небольшое добавочное запаздывание в линию передачи, которое должно учитываться при расчете электрических длин резонансных отрезков. Подрезание углов оказывается эффективным способом умень­шения отражений также в прямоугольных и круглых волноводах, причем оптимальный размер скоса (рис.10, в) находят с по­мощью графиков, имеющихся в справочной литературе. Концен­трация силовых линий поля Е в области резких изгибов снижает электрическую прочность тракта. Этот недостаток в значительной мере устраняется в двойных поворотах и в плавных изгибах. В двойных поворотах (рис. 10, г) две нерегулярности разносят на расстояние l , примерно равное l _В /4. Улучшение согласования происходит как из-за уменьшения отражений от каждой нерегу­лярности, так и из-за взаимной компенсации отражений от них.

Плавные изгибы тракта могут быть охарактеризованы схемой замещения в виде отрезка линии передачи с несколько изменен­ным волновым сопротивлением. Для улучшения согласования сле­дует увеличивать радиус изгиба или выбирать длину изгиба, крат­ной l _В /2.