4.2. Плавные преобразователи и плавные переходы

Плавные преобразователи обычно осуществляют переход от прямоугольного одноволнового волновода (волноводный выход большинства генераторов сверхвысоких частот) к круглому или прямоугольному волноводу с требуемой волной. При построении плавных преобразователей стремятся так деформировать сечение волновода, чтобы распределение поля поступающей на вход

возбудителя волны плавно, на длине порядка десятков длин волн, переходило в распределение поля нужной волны.

Приведем параметры, характеризующие качество преобразователя. К ним относятся, во-первых, потери мощности при передаче, которые в случае многоволновых волноводов складываются не только из омических потерь и потерь, обусловленных отражением. Основная доля потерь в преобразователе вызвана тем, что энергия преобразуемой волны не полностью переходит энергию требуемой волны 2, а возникает еще ряд нежелательных волн. Качество преобразователя оценивается полными потерями, выраженными в децибелах:

где

Если волновод с волной 1 является одноволновым, то кроме полных потерь следует оценить и коэффициент стоячей волны, определяемый как

где отраженная мощность.

В многоволновых волноводах отражение характеризуется не к. с. в., а коэффициентом отражения волны 1 при согласованном выходе.

Рис. 1.12. Сечения преобразователя волны в волну Ни

Во-вторых, параметром преобразователя является уровень нежелательных вол» на выходе, оценивающий чистоту формируемого поля. Если кроме волны 2 на выходе возникают волны 3, 4, 5 и т. д., то их уровень выражается в децибелах как Поскольку то уровень нежелательных волн характеризуется отрицательным числом.

Рассмотрим основные плавные преобразователи. Наиболее прост преобразователь волны в волну принцип построения которого показан на рис. 1.12. Индексы и О над названием волны означают, что волна распространяется в прямоугольном и круглом волноводах соответственно. На рис. 1.13 приведена последовательность деформации сечения в секториальном преобразователе волны в волну В этом преобразователе прямоугольный волновод

йёреходит в секториальный, структура поля в котором соответствует части картины поля волны в круглом волноводе. Самый коротковолновый из описанных в литературе возбудитель такого типа - имеет в диапазоне длин волн от 4 до потери менее при к. с. Длина такого возбудителя составляет около 6 см, диаметр круглого волновода равен

Наиболее эффективным преобразователем волны в волну является так называемый преобразователь Марье [1.15] (рис. 1.14). Он состоит из преобразователя волны в волну (рис. 1.14,а) и перехода от волны к волне (рис.

Рис. 1.13. Сечения секториального преобразователя волны в волну

Рис. 1.14. Сечения преобразователя Марье.

Упрощенный вариант такого преобразователя [1.16] с выходом на волновод диаметром на волнах длиной имеет потери при к. с. и уровне паразитных волн ниже

Интересен способ преобразования волн типа в волны типа в круглом волноводе [1.171, использующий гофрированный волновод, продольный разрез которого показан на рис. 1.15,а. Собственные значения волн в таком волноводе изменяются в зависимости от глубины канавок (рис. Из графика рис. видно, что, изменяя глубину гофра, можно плавно

преобразовывать волиы друг в друга. Так, если на вход гофрированного волновода с подать волиу и изменять от 0,5 до 0, то на выходе перехода образуется волиа Второй такой же отрезок из волиы возбудит волиу Потери в таких преобразователях не превышают уровень паразитных воли составил не более Этот преобразователь служит примером трансформатора одной волны в другую за счет медленного изменения свойств стенок волновода.

Рис. 1.15. Гофрированный волновод с переменной глубиной гофрировки и собственные значения волн тракта волновода

Обычно для возбуждения рабочей волны используют волновод с небольшими поперечными размерами. Это обусловлено тем, что чем меньше размеры волновода, тем меньше распространяющихся воли в нем возникает и тем чище поле на выходе преобразователя. Для передачи же рабочей волны на значительные расстояния не пользуют волноводы с относительно большими поперечными размерами, так как при этом уменьшаются омические потери.

Рис. 1.16. Форма образующей плавного перехода.

Переход от волновода одного размера к волноводу другого размера должен быть, во исяком случае в широкополосных трактах, очень плавным. Плавные переходы, исследованные в монографии Кацеиелеибаума [0.3], характеризуются формой образующей, напоминающей косинус (рис. 1.16). Кривая плавно сопряжена с обоими волноводами. Переход осуществляется очень медленно на концах и несколько быстрее в середине. В плавных переходах от круглого волновода диаметром к волноводу диаметром для волиы выполиеииых согласно расчетам уровень волиы на выходе не превышает Отражение от переходов пренебрежимо мало.