Реферат: Устройства СВЧ

Очень распространенными узлами СВЧ - трактов являются переходы с одной линии передачи на другую, которые также называют возбудителями волны заданного типа. По схеме замещения переходы являются взаимными реактивными четырехполюсниками, и в их проектировании основное внимание уделяется достижению Хорошего качества согласования входов в полосе частот при обеспечении необходимой электрической прочности. Рассмотрим ряд характерных конструкций переходов.

Возбуждение прямоугольного волновода с волной типа H₁₀ от коаксиального волновода с Т-волной производится с помощью коаксиально-волноводных переходов (рис.11).

Основным элементом таких переходов являются обтекаемые элек­трическим током штыри, размещаемые в короткозамкнутом с одной стороны волноводе параллельно силовым линиям поля Е.

В зондовом переходе (рис.11, а) согласование входов обес­печивается изменением длины зонда l₃ , а также подбором рас­стояний l и х, определяющих, положение зонда. Для расширения полосы частот согласования желательно увеличивать диаметр зонда d. При тщательном выполнении зондовый переход обеспечи­вает полосу частот согласования 15—20 % относительно расчет­ной частоты при КБВ³О,95. Недостатком зондового перехода яв­ляется снижение электропрочности из-за концентрации силовых линий поля Е на конце зонда. В определенной мере этот недоста­ток преодолевается в коаксиально-волноводном переходе с после­ довательным шлейфом (рис. 11, б), однако даже при самом тща­тельном подборе расстояний l и l _ш рабочая относительная полоса частот составляет ~7%.

Лучшие результаты по согласованию и электропрочности имеет переход с поперечным стержнем (рис. 11, в), дополненный согласующей индуктивной диафрагмой. В такой конструкции достижи­ма относительная полоса частот согласования ~15%. Максималь­ных широкополосности (~20% при КБВ³0,95) и электропроч­ности достигают в коаксиально-волноводных переходах так назы­ваемого «пуговичного» типа (рис. 11, г), требующих, однако, тщательного экспериментального подбора формы проводников в сочетании с дополнительной наст­ройкой качества согласования с помощью индуктивной диафрагмы.

Рис. 11 Коаксиально-волноводные переходы:

а — зондовый; б — с коаксиальным шлейфом; в — с поперечным

стержнем; г—пуговичный

Применение коаксиально-волноводных переходов для возбуждения волны Е₁₀ в круглом волноводе показано на рис. 12 на примере вращающёгося сочленения.

Рис. 12 Волноводное вращаю­щееся сочленение с волной типа Е ₀₁

Короткие отрезки коаксиального волновода с Т-волной обеспечивают фильтра­цию волн высших типов и устраняют возможность возбуждения в круглом волноводе паразитной аксиально-несимметричной волны Н₁₁ (эта волна более низкого типа, чем волна E₀₁ ). Соединение вращающихся частей круглого волно­вода осуществляют с помощью коаксиального дросселя длиной lо/2, аналогичного дросселям вращающегося коаксиального сочле­нения на рис. 7.10.

Возбуждение волны низшего типа Н₁₁ в круглом волноводе возможно с помощью плавного перехода от прямоугольного вол­новода с постепенной деформацией формы поперечного сечения от прямоугольной к круглой (рис. 13, а).

Рис. 13 Соосные переходы от прямо­угольного волновода с волной Н₀₁ к круг­лому волноводу с волной Н ₁₁

Если длина такого пере­хода превышает длину волны, то отражения в широкой полосе частот оказываются незначительными. В более компактном узко­полосном переходе, показанном на рис. 13, б, сочленение соосных прямоугольного и круглого волноводов осуществляется через согласующую четвертьволновую вставку с овальной формой попе­речного сечения.

Возбуждение волны Н₁₁ в круглом волноводе может также про­изводиться через отверстие в его боковой стенке от прямоуголь­ного волновода. Если широкие стенки прямоугольного волновода ориентированы параллельно оси круглого волновода (рис. 14, а), то в круглом волноводе возбуждаются волны Н₁₁ , распространяю­щиеся в обе стороны от ответвления с одинаковыми фазами. При поперечном расположении возбуждающей щели в круглом волноводе (рис. 14, 6) волны, возбуждающиеся справа и слева от нее, противофазны. Если требуется обеспечить передачу волны Н₁₁ в одном направлении, то один из концов круглого волно­вода закорачивают, причем в случае разветвления, показанного на рис. 14, а, расстояние между центром щели и короткозамыкателем должно быть близким к lв/4 , а в случае, показанном на рис. 14, б,— близким к lо/2 .

Рис. 14 Тройниковые разветвления прямоугольного и круглого волноводов

Рассмотрим теперь некоторые компактные способы возбуждения осесимметричной волны Е₀₁ в круглом волноводе от прямоугольного волновода с волной Н ₁₀ , не использующие промежуточных коаксиально-волноводных переходов.

Рис. 15 Способы возбуждения волны Е ₀₁ в круглом волноводе

В устройстве, показанном на рис. 15, а, прямоугольный волновод соединяется с круглым через поперечное отверстие. Для лучшего возбуждения волны Е₀₁ круглый волновод с одной сто­роны закорачивается на расстоянии lв _Е01 /2 от возбуждающего отверстия. Для подавления паразитной волны низшего типа Н₁₁ , которая также возбуждается отверстием, в короткозамкнутом отрезке круглого волновода располагают тонкое металлическое кольцо. Периметр кольца выбирают близким к lо, чтобы волна Н₁₁ возбуждала в нем резонансные колебания с одной вариацией тока по периметру. Это резонансное кольцо действует на волну Н₁₁ подобно короткозамыкателю. Располагая кольцо на расстоянии lв _Н11 /4 от центра щели, удается эффективно подавить колебания волны Н₁₁ в круглом волноводе. На волну типа Е₀₁ , силовые линии поля Е которой перпендикулярны проводнику кольца, резонансное кольцо практически не влияет;

Другой возбудитель волны Е₀₁ в круглом волноводе с высокой степенью подавления паразитной волны Н₁₁ показан на рис. 15,б. Прямоугольный волновод сочленяется с круглым так же, как в предыдущей конструкции с коротким замыканием одной полови­ны круглого волновода непосредственно у места сочленения. Кроме того, в круглом волноводе помещено резонансное кольцо, закора­чивающее его для волны Н₁₁ . Волна Н₁₁ , просочившаяся через резонансное кольцо, испытывает поглощение, возбуждая через продольные щели в стенках круглого волновода коаксиальный резонатор с колебаниями типа Н₀₁ .

В пучности поля Е этого резо­натора помещено кольцо из поглотителя, в котором и происходит выделение энергии волны Н₁₁ . Волна Е₀₁ не имеет поперечных токов на стенках круглого волновода и поэтому не возбуждает продольные щели и резонатор с поглотителем.

Особенно трудной задачей является конструирование возбуди­телей волны Н₀₁ в круглом волноводе. Здесь главное требование состоит в обеспечении высокой степени чистоты возбуждения вол­ны Н₀₁ при глубоком подавлении целого ряда низших и высших типов волн, способных к распространению в круглом волноводе большого диаметра.

Рис. 16 Плавный переход для возбуждения волны Н ₀₁ в круглом волноводе