41. ВОЗБУЖДЕНИЕ И ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ВОЛН РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ

За редким исключением в волноводе стремятся осуществить передачу только на одном типе волны. Этого легче всего достигнуть выбором размеров волновода, при которых на определенной частоте возбуждается только один тип волны. Применение волновода с поперечным сечением прямоугольной формы (рис. 21.2) обусловливается именно этой причиной. В диапазоне длин волн

по такому волноводу может распространяться, не затухая, только волна типа

Следующим по важности является тип волны возникающей в круглом волноводе (рис. 21.8). Значение этого типа определяется осевой симметрией его поля. Передающие линии с таким типом волны применяются, например, для подачи энергии к вращающимся антеннам, причем два отрезка круглого волновода соединяются друг с другом таким образом, что во время работы один из них остается неподвижным, в то время как другой вращается вокруг их общей оси (трудности в получении надежного контакта между ними можно устранить, если использовать соединение, подобное изображенному на рис. 39.9).

В данном случае вращение не оказывает какого-либо влияния на волну. Распространение волны этого типа без затухания возможно при условии, если До тех пор, пока выполняется неравенство в волноводе одновременно с волной типа может распространяться только волна типа Ни. Чтобы предотвратить возбуждение последней, необходимо предпринять надлежащие меры.

Для того чтобы возбудить определенный тип волны, необходимо в области элемента связи получить такую конфигурацию поля, при которой имелись бы общие составляющие с полем возбуждаемого типа волны.

В случае, изображенном на рис. 21.5, за счет штыря, выступающего из наружного проводника коаксиальной

линии, создается электрическое поле, силовые линии которого заканчиваются на нижней поверхности волновода и, следовательно, частично проходят параллельно силовым линиям волны типа Кроме того, ток на выступающем отрезке штыря создает магнитные силовые линии, направление которых частично совпадает с направлением магнитных силовых линий волны типа

Штырь связи, расположенный в круглом волноводе сбоку (рис. 21.6), подобным образом, возбуждает волну типа

Рис. 41.1. Переход от волновода с прямоугольным поперечным сечением и типа волны к круглому волноводу, по которому распространяется волна . При условии, если степень связи коаксиальной линии с обоими волноводами одинакова (одинаковые коэффициенты трансформации и надлежащей длине коаксиальной линии (расстояние а на рис. 33.1 должно быть равным нулю) переход на заданной частоте не будет вносить отражений.

Устройство, обладающее симметрией вращения (рис. 21.3), в круглом волноводе может возбуждать только волну типа также обладающую симметрией вращения. До тех пор, пока связь не вносит какой-либо асимметрии, исключается возможность возбуждения несимметричного типа волны Правда, последний может возбудиться благодаря наличию несимметричных неоднородностей в линии или асимметрии оконечной нагрузки.

Важной проблемой является преобразование одного типа волны в другой, например, в случае перехода от прямоугольного волновода с типом волны к круглому волноводу с волной На рис. 41.1 показан один из способов решения этой проблемы. Оба волновода в этом случае так связаны между собой через отрезок коаксиальной линии, что при соответствующих размерах поперечного сечения в круглом волноводе может возбуждаться только волна

При одинаковы коэффициентах трансформации, соответствующих каждому из двух переходов от коаксиальной линии к волноводу, и надлежащей длине отрезка коаксиальной линии устройство в целом, используя данные § 33 без особого труда, можно сделать неотражающим на одной частоте.

Вполне возможен также непосредственный переход от прямоугольного волновода к круглому (как это показано на рис. 41.2).

Рис. 41.2. Непосредственный переход от прямоугольного волновода к круглому.

Рис. 41.3. Концентрические кольцевые проводники в круглом волноводе, применяемые для подавления волны типа

Если при данном диаметре круглого волновода возможно распространение волны то в этом случае, как правило, возникает также волна Для подавления этого типа волны рекомендуется применять специальные проволочные решетки. Проводники, расположенные в виде колец, показанных на рис. 41.3, оказывают небольшое влияние на силовые линии поля волны в то время как волна наводит в них сильные токи и поэтому подавляется. Вместо нескольких проводящих колец в большинстве случаев применяют одно широкое кольцо соответствующих размеров.

На рис. 41.4 показан переход, который в последние годы войны применялся в американском радиолокаторе диапазона. Подавление волны в этом случае достигалось вследствие надлежащей установки короткозамыкающего поршня вблизи точки С линии. Так как линия вблизи точки С уже, чем около точки А, существует такой диапазон частот, внутри которого около точки А могут возникать как волна так и волна в то время как вблизи точки С возможна только волна типа В этом случае устройство соответствует четырехплечному разветвлению, так как

можно мысленно представить себе, что каждый Двух типов волн, существование которых вблизи точки А возможно, распространяется вдоль своей собственной линии.

В § 40 было показано, что четырехплечное разветвление, если оно не может быть преобразовано в направленный ответвитель, распадается на два последовательно включенных шестиполюсника (рис. 40.4). Это означает, что короткое замыкание, осуществленное в надлежащем месте одной из линий, может вызвать изоляцию другой. Действительно, опыт показывает, что короткое замыкание линии, осуществляемое в определенном месте около точки С, приводит к подавлению волны типа вблизи точки А. Правда, на частоте, используемой в упомянутом радиолокаторе, вблизи точки С в волноводе может распространяться также волна однако указанное обстоятельство и в этом случае сохраняет свою силу. Поскольку вблизи точки С могут возникать волны двух типов, существует еще другое положение короткозамыкающего поршня, при котором подавляется волна в результате чего в линии вблизи точки А остается только волна Н.

Рис. 41.4. Переход от волновода с прямоугольным поперечным сечением и типом волны Ни к волноводу с круглым поперечным сечением и типом волны В зависимости от выбора места короткого замыкания около точки С в волноводе вблизи точки А можно подавить тип волиы или

Экспериментально определить положение короткозамыкающего поршня вблизи сечения С, при котором имеет место разрыв, можно например, следующим образом. Прямоугольный волновод, расположенный около точки В, через измерительную линию подключается к генератору, а вблизи точек размещаются короткозамыкающие поршни. При неизменном положении короткозамыкающего поршня около точки С устройство, заключенное между точками представляет собой шестиполюсник, так как вблизи точки А существуют волны двух типов. Далее при постоянной частоте определяется зависимость координаты узла напряжения, расположенного вблизи точки В, от положения короткозамыкающего норшня вблизи точки А.

При этом в общем случае кривая закона трансформации не получается, так как смещение короткозамыкающего поршня вблизи точки А в схеме эквивалентного шестиполюсника (рис. 37.1) эквивалентно изменению положения короткозамыкающего поршня как в линии так одновременно и в линии Поэтому узел напряжения вблизи точки В перемещается быстрее, чем это соответствовало бы кривой закона трансформации. Однако, если расположенный вблизи точки С (рис. 41.4) короткозамыкатель установить в точке, соответствующей подавлению, например волны то около точки А возникает только волна Для схемы рис. 37.1 это означает, что в линию L (предположим, что ей соответствует подавляемый тип волны) энергия не поступает, так что перемещение короткого замыкания в ней не оказывает никакого влияния на режим других линий. Схема, заключенная между точками (рис. 41.4), при этом представляет собой четырехполюсник и для «ее можно снять кривую закона трансформации. Наоборот, из рассмотрения кривой закона трансформации можно установить, что вблизи точки А имеет место действительно волна только одного типа, который можно определить, исходя из соответствующей ему длины волны в волноводе, т. е. из длины наблюдаемого вблизи точки А пространственного периода.

Для того чтобы определить положение короткозамыкающего поршня вблизи сечения С, соответствующее разрыву, необходимо для различных положений этого поршня снять кривые смещения узла напряжения для части схемы, расположенной между сечениями по ходу которых можно затем установить момент приближения поршня к искомому положению. Эти кривые имеют такой же вид, как и кривая, изображенная на рис. 41.5. По своему виду, если не учитывать внезапных скачков в половину длины волны вблизи сечения В, последняя приблизительно соответствует кривой закона трансформации. Приближение к точке разрыва означает, что в эквивалентной схеме (рис. 37.1) между линиями имеет место сильная трансформация. Смещение места короткого замыкания в линии осуществляемое в широких пределах, не оказывает почти никакого влияния на положение узла напряжения в линии и лишь только в небольшой части диапазона перемещений внезапно приводит к быстрому смещению узла напряжения, расположенного вблизи точки В. При дальнейшем приближении к точке разрыва наблюдаемые

на кривой (рис. 41.5) скачки становятся все более резкими и, наконец, вследствие влияния всегда имеющихся потерь превращаются в небольшие выпуклости («а рис. 41.5 показаны пунктиром), которые при размещении короткозамыкающего поршня в точке разрыва вблизи точки С исчезают совсем.

Рис. 41.5. Метод измерений, используемый для определения соответствующих разрыву положений короткозамыкающего поршня вблнзн точки С (рис. 41.4). Вблизи точки А линии помещается короткозамыкакнций поршень и определяется зависимость координаты у узла напряжения во входной линии от координаты этого поршня х. Если короткозамыкакнций поршень, расположенный вблнзн точки С, находится в соответствующем разрыву положении, получается кривая закона трансформации. В противном случае координата у изменяется значительно сильнее. При приближении к точке разрыва лишь в отдельных небольших областях имеет место отклонение от кривой закона трансформации.