|
| |
|
Слаботочка Книги 5.11) [1, 13], вследствие чего их преимущественно и применяют. Основным элементом такого аттенюатора является тонкая поглощающая пластина, вводимая в волновод параллельно вектору электрического поля через узкую продольную щель в середине широкой стенки (рис. 5.10). Такая щель, как известно, почти не излучает и представляет собой малую неоднородность в волново-  Рис. 5.11. Переменные аттенюаторы ножевого типа см и мм волн. де, т. F<. она не пересекает линий СВЧ тока, а направлена вдоль них. Изменяя глубину погружения Ащ. пластины в волновод, меняют величину СВЧ мощности, поглощаемой пластиной и рассеиваемой в ней тепла Рис. 5.12. Типичные зависимости затухания и КСВ аттенюаторов 8-мм диапазона от глубины погружения пластины (волновод 3,4x7,2 мм, /пгмакс=25 мм): 1 - поглощающая пластина нз ферроэпокснда толщиной 0,8 мм; 2 - поглощающая пластина из ге-тинакса толщиной 0.5 мм с двусторонним графитовым покрытием i2 Z,f hnr,MM (рис. 5.12). Тем самым регулируют затухание аттенюатора, равное отношению мощностей на его входе и выходе /-ат = 10]£Рвх/Рвых \дб\. другой характсристикой аттенюатора является КСВ (рат), обусловленный отражениями падающей волны от погруженной части пластины. 268  Для уменьшения рат, т. е. для согласования пластины с волноводом со стороны входа и выхода, ее снабжают плавными скосами с двух сторон. Обычно погружаемую часть пластины выполняют в виде сегмента круга радиусом Лпг (рис. 5.10). Последний, как следует из геометрических соотношений, определяется через длину пластины /пгмакг и максимальную глубину погружения Лпг макс = = * формулой Гпг= 6/2-ЬРпг макс/86. Поглощающую пластину делают либо из материала, поглощающего СВЧ мощность (например, из ферроэпокснда, описанного в § 5.3), либо из диэлектрика (гетинакса, стеклотекстолита, слюды, керамики), покрытого с одной или двух сторон поглощающим слоем. В качестве последнего применяют графитовые покрытия, в частности аквадаг-коллоидный раствор угольного порошка или тонкую металлическую пленку из нихрома, наносимую методом распыления металла в условиях вакуума {13, 19]. Необходимо отметить, что нихромовая пленка отличается высокой стабильностью электрического сопротивления (вносимого затухания в тракт СВЧ) на протяжении длительного времени и при изменении окр в широких пределах. Эти свойства поглощающего покрытия особенно важны для аттенюаторов регулировки мощности накачкн ППУ, нестабильность которой, как указывалось (§ 3.2), а следовательно, и нестабильность затухания аттенюатора сильно влияют на нестабильность параметров ППУ. Технология нанесения поглощающих покрытий и их свойства на СВЧ описаны в [13, 19]. Затухание аттенюатора при полном погружении пластины зависит от ее длины /„г макс и поверхностного электрического сопротивления ее поглощающего слоя (/?пов)-Последнее измеряют в омах на квадрат и равно сопротивлению поглощающего слоя, имеющего форму квадрата с произвольным размером его стороны (величина /?пов не зависит от размера квадрата) [19]. Hcnojfbsye-мые на практике пластины с поглощающим покрытием имеют обычно ?пов в пределах 100-400 ом/квадрат. Как показано теоретически и экспериментально в [19], график зависимости ат(Рпов) НОСИТ резонансный характер и имеет максимум при некотором оптимальном значении RnoBom, величина которого, в свою очередь, зависит от материала поглощающего слоя и изменяется при его замене. Поэтому для создания аттенюатора с заданным затуханием Lt при минимальной длине пластины необ- ходимо экспериментально определить величину /?пов опт-Расчетные соотношения, пригодные для инженерной практики, в настоящее время отсутствуют (соотношение, приведенное в [20], непригодно для расчета La-i. т. к. приводит к результатам, существенно превышающим экспериментальные данные). Экспериментальные данные, полученные на длинах волн от 0,8 до 4 сж, показывают, что при Pпoв=150- 200 пм/квадрат максимальное затухание аттенюаторной пластины (при /гпгмакс = ), имеющей форму сегмента (рис. 5.10) с двусторонним графитовым покрытием и /пгмакс=== (1,2-1,5)Л, равно Lax макс 20V 25 дб. в длинноволновой части мм диапазона (Я>5 мм) одностороннее покрытие нз нихрома при тех же условиях дает приблизительно LaTмакс 10- 15 дб. Максимальный КСВ таких аттенюаторов в большинстве случаев возникает при /,ат = Гптммкг (рис. 5.12) И обычно НС прсвышаст Рят макс < 1,25-f-1,4 в широкой полосе частот Af/fcp>10-b 15%. При большей длине пластины (или при неполном ее погружении) (1атм;кс уменьшается; в частности, при пгмаиг2,5А он пе превьштает 1,2 (рис. 5.12). Приблизительно такими же характеристиками затухания и КСВ обладают поглощающие пластины нз ферроэпоксида. Затухание и КСВ опнсывасмых пттенюатопов обычно слабо изменяются с изменением частоты. Слабая частотная зависимость /,ат(/") получена также теоретически в [20], согласно которой затухание Lxr \дб] пропорционально отношению МХ-ЦУ 1 - (Х/2а). Отсюда следует, что, например, на 7.гр = 3,3 см (волновод 10X23 мм) npnZ-„T = 20 дб отклонение Я от Хгр на ±5% приведет к изменению Гат соответственно на Д/.ат = -1,65 -f 1,8 дб. При отсутствии в аттенюаторе аномальных явлений получающиеся на практике значения AL{Af) HMeHjT величину такого же порядка или меньше [13]. При использовании пластин с высокой диэлектрической проницаемостью 6, а также пластин из ферроэпоксида в некоторых случаях (с некоторыми материалами и талишной пластин) получаются аномальные немонотонные зависимости Z.aT(/iiir). Последние отличаются от рис. 5.12 н.эличием горизонтальных участков или горбов (резонансных выбросов) н по форме подобны кривым, приведенным в [13, стр. 406]. Аномальные участки таких характеристик нередко имеют сильную частотную зависимость Ltif). Указанные аномалии объясняются, видимо, в основном сильным излучением СВЧ энергии из волновода через щель с пластиной (служащей антенной в волноводе) при определенном («резонансном») ее погружении h„v Это приводит к дополиительному поглощению энергии п непогруженной части пластины и проявляется в форме резонансного выброса (rOj5-ба) на характеристике /.атСпг). Поэтому с целью исключения подобных аномалий желательно применять возможно более тонкие пластины, чтобы ширина щели не превосходила (0,05-0,07) а, где а-размер широкой стенки волновода. На мм волнах выдержать это условие бывает трудно, поэтому иногда используют щель шириной до 0,15 а, но в каж.цом таком случае необходимо для рабочей полосы частот экспериментально проверить допустимость таких размеров щели и пластины с точки зрения величины начальных потерь и КСВ (при выведенной пластине) и наличия аномалий в характеристике Z.aT(/inr). При использовании аттенюаторов следует помнить, что максимальный уровень непрерывной (средней) мощности Рпгмакс, рассеиваемой в поглощающей пластине, ограничен допустимой температурой перегрева поглощающего слоя и пластины относительно окр и зависит от ряда факторов [19]. Главными из них являются теплопроводность материала пластины и ее размеры (рассеивание большей части мощности Рпг происходит на части пластины, ближайшей ко входу). При недостаточной теплопроводности и малых размерах пластины (например, на мм волнах) температура на ее поверхности быстро возрастает при Рпг в несколько сот милливатт, что приводит к обратимым или даже необратимым изменениям Lar. В большинстве аттенюаторов величина Рпг макс бывает не менее 100-200 мет. Поэтому в цепях гетеродинов" и смесителей, где средняя мощность обычно не превосходит 100 мет, можно использовать практически любую поглощающую пластину. Иначе обстоит дело прн проектировании аттенюаторов для цепей накачки ППУ, в которых мощность генераторов накачки может досптать 1 вт или более и предъявляются жесткие требования к стабильности величины LaT. Для таких аттенюаторов необходимо использовать пластины с высокой теплопроводностью материала, что позволяет быстро отводить тепло к корпусу аттенюатора и тем самым обеспечить незначительный перегрев пластины по отношению к окр при больших уровнях Рпг- Подходящим материалом для этих целей является выпускаемая промышленностью керамика на основе окиси бериллия. Некоторые ее разновидности называют брокеритом [28]. Брокерит является высокотемпературной керамикой (иа /=10 Ггц е«6,6, tg6 = 4- 10-), теплопроводность которой (Ятепл-170-250 вт/м-град) выше, чем у ряда мет.чллов (включая ал!0м!!1П1Й). .Аттенюаторы с пластиной из брокерита, покрытого пленкой нихрома, могут работать в коротковолновых диапазонах при Рпг до 10 вт. в частности, исследования такого аттенюатора в 5-мм диапазоне (волновод 1,8x3,6 мм, /«г макс = 25 мм, толщина пластины 0,4 мм, /.ат макс =45-50 дб) при Рпг=4 вт показали*, чтоперегрев пластины по отношению к <окр не превышал 20 °С, а иестабильяость величины Lax при такой мощности в те-шние 7 час (часть времени при окр=10О°С) не выходила за пределы -0,15-н0,4 дб относительно исходного значения, включая погрешность измерительной установки. Необходимо отметить, что конструкция аттенюатора ножевого типа, изображенная на рис. 5.10, является простейшей и используется в цепях гетеродинов и смесителей, где нет значительных уровней мощности и не предъявляется жестких требований к стабильности Lai- Для цепей накачки ППУ эта конструкция непригодна. В аттенюаторах регулировки мощности накачки применяют более совершенные конструкции. В них, в отличие от рис. 5.10, пластина жестко крепится к стержню-держателю с помощью металлических планок (или обоймы), охватывающих ее с двух сторон на всей длине пластины для эффективного отвода тепла со всей ее поверхности. Механизм перемещения стержня-держателя делается без-люфтовым (например, с помощью соответствующей пружины) для возможности быстрой и точной регулировки мощности. Конструкция аттенюатора должна обеспечивать неизменность затухания в процессе контровки аттенюатора. Разновидностью рассмотренных аттенюаторов ножевого типа являются переменные аттенюаторы с постоянным фазовым сдвигом (рис. 5.13). Такие аттенюаторы используются в СВЧУ, где при регулировке затухания необходимо сохранять вносимый фазовый сдвиг неизменным. В частности, это требуется в моноимпульсных РЛС с фазовым сравнением суммарно-разностных сигналов. Как известно, в таких РЛС фазы колебаний гетеродина, подводимых ко всем смесителям сигнала, должны быть возможно более идентичными во всех условиях работы (для сведения к минимуму ошибки пеленгации цели). Аттенюаторы с постоянным фазовым сдвигом (назовем их для краткости фазопостоянными) отличаются от обычных тем, что при любом вносимом затухании остаются неизменными конфигурация и положение части ди- * Данные получены В. Д. Прокофьевым.   Рис, 5.13. Переменные аттенюаторы с постоянным фазовым сдвигом: а) виброустойчивая конструкция; б) дисковая конструкция; / диэлектрическая пластина; 2 - поглощающее покрытие; 3 - опорные вкладыши; 4 -винт регулировки затухания; 5 -прижимная скоба для прижима пластины к опорным вкладышам; ff -гайка для контровки пластины: 7 - пружина; S - диск из диэлектрика; 9 - поглощающее покрытие: /О - ось червячной передачи для пращсршя диска (регулирования затухания); - граничная окружность, разделяющая рабочую и нерабочую части поглощающего слоя. 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 |