Слаботочка Книги

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 [41] 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51

воли под воздействием колебаний типа Яю, подводимых к плечу /, т. е. несимметрично по отношению к общему волноводу, можно рассматривать как результат наличия в плечах 1 у, 2 двух гипотетических волн - синфазной и противофазной, показанных на рис. 5.1,6. Эти волны имеют одинаковую напряженность поля; их суммарная напряженность поля равна нулю в плече 2 и величине в плече /, что соответствует реальному случаю. Синфазная и противофазная волны возбуждают в волноводе участка связи соответственно волны 10 и Язо одинаковой амплитуды, которые распространяются с раз-

Рис. 5.2. Примеры практических конструкций щелевых мостов, спроектированных на основе соотношений Ощ/Я,ср= 1,35; /щ/ащ=0,7: а) ЩМ см диапазона, имеющий в полосе частот Д /ср10% параметры Р1,15, в,±0,3 вб, i-pa320 36 (волноводы сечением ох6-=28,5х12,6; 23X10; 17X8 мм; диаметры винта rf=I2, 10 и 8 жж соответствеиио); б) ЩМ 8-жл диапазона, имеющий в полосе частот Afll параметры р1,3,

*££±0,3 дб. разго дб.

ными фазовыми скоростями и претерпевают поэтому различную фазовую задержку в конце участка связл по сравнению с фазами в его начале (Ло<Л2о). Это положение иллюсгрируется векторными диаграммами на рис. 5.1,6, из которых видно, что электрический вектор El волны Hid (синфазной волны) в конце участка связи всегда отстает по фазе от вектора волны Яго (противофазной полны),

причем результирующие векторы этих во.г.н в плечах 3 и 4 отличаются по фазе на 90° независимо от длины щели /щ (если пренебречь влиянием отражений). Однако для того чтобы результирующие векторы были равны по величине (т. е. для равенства амплитуд колебаний в плечах 3 и 4), длина щели (с учетом отражений от концов щели и согласующих .элементов внутри нее) должна быть такой, чтобы фазовый сдвиг между двумя волнами (векторами Ei и £2) в .конце участка связи (на входе плеч 3, 4) был равен 90°*).

Для реализации рассмотренных свойств ЩМ необходимо предотвратить возможность возникновения и распространения в общем волноводе участка связи других типов волн, кроме Ню и Яго- Ближайшим к ним типом волны по величине критической длины волны Хкр (а поэтому и наиболее опасной) является волна типа Язо, имеющая ?1,крзо=2ащ/3. При Ощ=2а значение Хкрзо часто оказывается в рабочем диапазоне волн, что недопустимо. Чтобы этого не было, ширину общего волновода уменьшают по сравнению с удвоенной шириной волноводов плеч (выбирают ащ<2а для обеспечения условия ?1крзо< <Я,рабмцн) и соединяют с волноводами плеч плавным (рис. 5.1, 5.2) или ступенчатым согласующим переходом [2, 8]. При уменьшении ширины Сщ должна быть, очевидно, также уменьшена и длина щели 1щ.

Вопросы анализа, расчета и проектирования ЩМ рассматриваются в {2, 5-10]. Как показывает анализ [7], пз-за влияния отражений от концов щели, которые испытывает волна Hio, только подбором длины 1щ невозможно добиться малого разбаланса амплитуд 6 и высокой развязки плеч 1раз (последняя соответствует малым отражениям от щели, т. е. низкому р). Поэтому в плоскость щели ЩМ вводят согласующие штыри (емкостные или индуктивные), которые компенсируют отражения от щели. Расчетные значения необходимой реактивности согласующих штырей приведены в виде графиков в [10]. Наибольшее распространение получили ЩМ с одним емкостным штырем, выполненным в виде настроечного винта (рис. 5.1, 5.2). ЩМ с индуктивными штырями содержат обычно два штыря, расположенные вблизи концов щели и перемыкающие противоположные стенки общего волновода [2, 9, 10]. Как следует из [10], такой

*> Как легко показать с помощью векторной диаграммы рис. 5.1,6, выбором этого сдвига фаз, отличным от 90° (изменяя длину 1щ), можно получить ЩМ с любым коэффициентом деления мощности между плечами 3, 4 в пределах от нуля до бесконечности. График для определения /щ при различных коэффициентах деления приведен в [10],

17-38 257

ЩМ имеет более длинную щель (на ~357о) и несколько меньшую полосу частот Л/раб (по уровню б= ±0,5 дб) по сравнению с ЩМ, содержащим емкостный винт.

Другим практически важным преимуществом последней разновидности ЩМ является возможность полной или частичной компенсации неточности изготовления моста с помощью его настройки емкостным винтом. Указанные причины и обусловили более частое применение такого ЩМ. Вместе с тем необходимо учитывать, что ЩМ с индуктивными штырями обладает большей электрической прочностью, т. е. допускает большую мощность Римакс, чем ЩМ с винтом, вследствие чего первый обычно и используют в СВЧ устройствах высокого уровня мощности. Проектирование ЩМ с индуктивными штырями можно выполнить на основе данных [10], где приведены графики для определения размеров щели, диаметра штырей и их местоположения относительно краев щели. Заметим также, что ЩМ с емкостным компенсирующим элементом в силу меньших размеров и простоты изготовления используют и в устройствах высокого уровня, при этом для повышения его электрической прочности вместо винта в центре щели на одной из стенок создают выпуклость в виде сферического сегмента определенной высоты, которая играет ту же роль, что и винт [4].

Проектирование ЩМ с емкостным винтом (рис. 5.2- 5.4) своаится к определению, главным образом, размеров общего волновода ащ, /щ, при этом предполагаются заданными средняя длина волны рабочего диапазона Кг и размеры волноводов плеч аХЬ. Теоретический анализ [7] и экспериментальные результаты, приведенные на рис. 5.2, 5.3 и в [6, 7], позволяют рекомендовать простые соотношения для определения размеров Ощ, /щГ

а„,= (1,35- 1,38) Хер, /щ=0,7ащ.

(5.1)

Мосты см и мм волн с такими размерами имеют в полосе Д/Ягр= Ю-ь 15% параметры: б(0,3-0,5) дб; р<=: <: 1,15 ч-1,3; Lpa320 дб. Использование трех настроечных винтов позволяет расширить Д/раб. Например, в таком ЩМ диапазона 30-40 Ггц в полосе Aif/fcp=25%) получены б<:0,2 дб; р<1,2; Lpa.,>23 дб [6]. По данным теоретического анализа [10] наибольшая широкополосность ЩМ получается при размере 1,32А,ср. кото-

рому 258

для получения на Кср величины fi=l соответст-

вует размер /щ=:0,675ащ; при этих размерах Д /ср«=0%; б:±0,5 дб; р<1,1; Lpa327 дб. Данных об экспериментальной проверке расчетов в работе [10] не приводится.

28 2«

20 0,4

О КСВ

				Более 30 ad
		,\ -

*2 4 r-fcp

Рис. 5.3. Типичные частотные зависимости КСВ, разбаланса амплитуд и развязки плеч щелевых мостов, изображенных на рис. 5.2,а (кривые 2) и б (кривые /).

Рис. 5.4. Примеры конструкций щелевых мосгов см и мм лиаиазо

нов волн.

\Т 259

в практических конструкциях ЩМ диаметр емкостного винта обычно равен (0,18-0,26) Ощ, а переход от размера Ощ к нормальной ширине сдвоенного волновода осуществляют иногда в виде ступенчатого [2, 8], но чаще в виде плавного перехода рис. 5.1, 5.2. Последний упрощает изготовление и позволяет уменьшить длину ЩМ. Как видно из экспериментальных данных рис. 5.2, 5.3, даже простейшая конструкция ЩМ с коротким плавным переходом под углом 45°, осуществляемым в пределах общего волновода, дает вполне удовлетворительные результаты. Такой переход позволяет сделать ЩМ предельно малой длины, равной длине щели, при этом ЩМ имеет вид простого отрезка волновода (с винтом) шириной ащ (рис. 5.4). Для повышения электрической прочности ЩМ внутренний торец винта следует выполнить в виде сферического сегмента. Мосты рис. 5.2,а при КСВ нагрузок в плечах рнаг 1,15 и избыточном давлении внутри ЩМ, равном 3 ати, пригодны для работы при Ри = = 500, 300 и 200 кет соответственно для перечисленных там сечений волноводов. По данным [11] величина Римакс моста со связью по узкой стенке равна 72% от соответствующей величины для стандартного волновода.

Теоретический анализ показывает [3, 10], что в ЩМ разбаланс фаз Дгз весьма мал во всей его рабочей полосе Л/раб- Величину Лгз можно приближенно оценить по значению развязки с помощью соотношения [3]

I Д-ф I = arc sin (2/1раз) рад.

(5.2)

откуда следует, что при /,раз20 дб Дя} 1,1°. Сравнение этих расчетных данных с экспериментальными в литературе не приводится. По данным некоторых оценочных измерений Д-ф, проведенных автором в 3-см диапазоне с мостами типа рис. 5.2, разбаланс фаз в полосе Д/раб изменяется и достигает ±(3-5)°, при этом погрешность измерительной установки оценивалась величиной ±(1 - 2)°. Можно предположить, что полученное превышение измеренного разбаланса фаз по сравнению с расчетным (-раз>20 дб) объясняется, по крайней .мере, отчасти неодинаковым сдвигом фазы в местах стыковки выходных плеч ЩМ с присоединяемыми волноводами из-за неточного совпадения каналов.

Квадратные, или шлейфовые, мосты по своим свойствам являются аналогами щелевых мостов и могут быть изготовлены с любым типом линии передачи [8, 26-28].

бни особенно удобны для применения в полосковУх й микрополосковых СВЧУ (Г£Л1-волна) [25, 28]. Квадратный мост, построенный на линии передачи, с волной типа ТЕМ (далее имеем в виду только такой случай) представляет собой четырехплечное устройство, в котором два параллельных отрезка линии передачи параллельно соединены между собой несколькими шлейфами (минимум двумя), имеющими длину .и интервал между собой, равными Лср/4 (рис. 5.5). При подаче мощности в плечо/

-I--о I I-

2,¥f5

Рис. 5.5. Структурная схема двух- и трехшлейфового квадратных мостов (а) и пример используемых конфигураций таких мостов на полосковых или микрополосковых линиях (б):

щ, Wj,. W -волновые сопротивления шлейфов, основных линий моста и подводящих линий плеч соответственно. Числа у шлейфов и основных линий мостов равны соответствующим нормированным волновым сопротивлениям VIW и WIW, обеспечивающим мостовые свойства и максимальную широкополосность [27, 28).

она распределяется между плечами 3, 4 и не поступает в плечо 2, где происходит компенсация колебаний из-за их противофазности. Для получения равного деления мощности и развязки соответствующих плеч моста волновые сопротивления основной линии и шлейфов должны быть вполне определенными и рассчитываются согласно [8, 27, 28]. Для двух- и трехшлейфовых мостов, наиболее часто используемых в СВЧУ приемников, необходимые волновые сопротивления указаны на рис. 5.5, при этом расчетные параметры таких мостов в полосе частот

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 [41] 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51