Устройства СВЧ

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.

[pic]

Рис. 7 Высокочастотные коаксиальные соединители:

1 — штыревой контакт 2 — гнездовой контакт; 3 —

штыревая втулка; 4 — гнездовая втулка

[pic]

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 (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 rк 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 (в/2. Для защиты полости тракта от внешних воздействий

применяют уплотнительную прокладку, укладываемую в добавочную

концентрическую канавку.

[pic]

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.

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.

[pic]

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 (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 (В/2.

ПЕРЕХОДЫ МЕЖДУ ЛИНИЯМИ ПЕРЕДАЧИ РАЗЛИЧНЫХ

ТИПОВ

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 КБВ(О,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 последовательным шлейфом (рис. 11, б), однако даже при самом

тщательном подборе расстояний l и lш 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 КБВ(0,95) 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.

[pic]

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.

[pic]

Рис. 12 Волноводное вращающееся сочленение с

волной типа Е01

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 (о/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).

[pic]

Рис. 13 Соосные переходы от прямоугольного

волновода с волной Н01 к круглому волноводу

с волной Н11

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 (в/4, а в случае, показанном на

рис. 14, б,— близким к (о/2.

[pic]

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 Н10, не использующие промежуточных коаксиально-волноводных

переходов.

[pic]

Рис. 15 Способы возбуждения волны Е01 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

(вЕ01/2 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 (о, 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 (вН11/4 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.

[pic]

Рис. 16 Плавный переход для возбуждения

волны Н01 в круглом волноводе

На рис. 16 показана одна из возможных конструкций перехода от

прямоугольного волновода с волной Н10 к круглому волноводу с волной Н01

основанная на принципе плавной деформации формы поперечного сечения

волновода и структуры электрического поля. Волноводный Е - тройник и две

продольные скрутки на углы в 90° в противоположных направлениях образуют

систему двух прямоугольных волноводов, соединенных узкими стенками и

содержащих поля равной амплитуды с противоположными фазами. Затем эта

система плавно преобразуется к двум секторным волноводам с общим ребром.

Постепенное увеличение угла раскрыва секторных волноводов образует круглый

волновод с продольной металлической перегородкой. Обрыв этой перегородки не

изменяет структуры электромагнитного поля, и на выходе перехода получается

круглый волновод с волной H01. Для обеспечения надлежащей чистоты

возбуждения волны H01 этот переход должен иметь достаточно большую длину.

Определенные трудности, связанные с достижением хорошего качества

согласования в широкой полосе частот, возникают также при выполнении

переходов от полосковых линий передачи к коаксиальным и прямоугольным

волноводам.

Коаксиально-полосковые переходы в зависимости от взаимного расположения

соединяемых проводников могут быть соосными или перпендикулярными (рис.

17).

[pic]

Рис. 17 Коаксиально-полосковые переходы

Для уменьшения иррегулярности в области сочленения диаметр внешнего

проводника коаксиального волновода должен быть близким к расстоянию между

внешними пластинами симметричной полосковой линии или к удвоенной толщине

основания несимметричной полосковой линии. Для улучшения согласования в

соосном переходе делают скосы на конце полоскового проводника (рис. 17, а).

Согласование перпендикулярного коаксиально-полоскового перехода (рис. 17,

б) осуществляют подбором диаметра соединительного штыря, проходящего через

диэлектрическое основание, а также подбором размеров коаксиальной диафрагмы

на выходе из коаксиального волновода и короткого разомкнутого шлейфа из

отрезка полоскового проводника. Часто коаксиально-полосковые переходы

совмещают с коаксиальными соединителями.

Устройства для возбуждения полосковой линии передачи от прямоугольного

волновода с волной Н10 называются волноводно-полосковыми переходами.

Соединение полосковой линии с прямоугольным волноводом может быть выполнено

через плавный или ступенчатый переход на П-образном волноводе (рис. 18, а).

[pic]

Рис. 18 Волноводно-полосковые переходы

В такой конструкции перехода обеспечивается широкополосное согласование

прямоугольного волновода с полосковой линией передачи я устраняется

паразитное излучение из открытого конца волновода.

Волноводно-полосковый переход другого типа, в котором используется

часть волновода в качестве корпуса для полоскового узла, показан на рис.

18, б. Этот переход выполнен на диэлектрической пластине, установленной

продольно в средней плоскости прямоугольного волновода, параллельно силовым

линиям поля Е. С двух сторон диэлектрической пластины напечатаны

проводники, имеющие контакт один с верхней, а другой с нижней стенками

волновода, и образующие плавный переход к симметричной полосковой линии.

Далее на той же диэлектрической пластине располагается несимметричная

полосковая линия, возбуждаемая от ленточной линии через симметрирующее

устройство в виде двух четвертьволновых щелей в экране. Экран

несимметричной полосковой линии замыкает широкие стенки прямоугольного

волновода, что препятствует проникновению волны Н10 в область волновода с

полосковым узлом.

Библиографический список

1) Сазонов Д.М., Гридин А.Н., Мишустин Б.А.. Устройства СВЧ.- М: Высшая

школа, 1981

2) С.А. Баранов, М.П. Наймушин. Исследование полоснопропускающих

волноводных фильтров СВЧ и методов узкополосного согласования в

волноводных трактах; - Методические указания к лабораторной работе по

курсу «Антенны и устройства СВЧ».- Свердловск 1987

Страницы: 1, 2