34. ТРАНСФОРМИРУЮЩИЕ СВОЙСТВА ПЛОСКИХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВСТАВОК И ОТРЕЗКОВ ЛИНИЙ С ОТЛИЧАЮЩИМСЯ ВОЛНОВЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ

Плоские диэлектрические вставки (рис. 34.1) и отрезки линии с волновым сопротивлением, отличным от волнового сопротивления остальной линии (рис. 34.2), в однородных двухпроводных или волноводных линиях (в диапазоне прозрачности) можно рассматривать как последовательное включение двух четырехполюсников, обсуждавшееся в предыдущем параграфе. Места перехода, ограничивающие с обеих сторон такие устройства, являются отдельными четырехполюсниками с одинаковыми коэффициентами трансформации.

Рис. 34.1. Диэлектрическая вставка, представляющая собой устройство из двух последовательно включенных линейных трансформаторов. Ее трансформирующие свойства легко определить с помощью кривых рис. 33.4 и 33.5.

В случае диэлектрических вставок в двухпроводных линиях и волноводах и при сравнительно небольших скачкообразных изменениях поперечного сечения в двухпроводных линиях характеристики трансформации отдельного перехода можно определить расчетным путем так, как это изложено в § 28. При более же сильных изменениях поперечного сечения и, в частности, в случае волноводов, характеристики отдельного перехода можно измерить по методу, основанному на законе трансформации, а затем, пользуясь полученными результатами, определить свойства последовательного включения двух линейных трансформаторов.

Рис. 34.2. Отрезок линии с волновым сопротивлением, отличающимся от волнового сопротивления остальной линии. Это устройство эквивалентно схеме, показанной на рис. 33.1.

Пусть волновое сопротивление исходной однородной линии равно а волновое сопротивление линии, заполненной другим диэлектриком или обладающей другим поперечным сечением В рассматриваемых случаях, например в случае плоской однородной вставки, место перехода будет являться линейным трансформатором с коэффициентом трансформации зажимы которого будут располагаться непосредственно в месте скачка волнового сопротивления. В случае однородной двухпроводной линии,

в которую встроена плоская диэлектрическая вставка, волновое сопротивление для участка с диэлектриком где относительная диэлектрическая постоянная. Толщина вставки а является ничем иным как расстоянием а (рис. 33.1) между линейными трансформаторами. Если, например, в однородную двухпроводную линию встроена тролитуловая вставка толщиной см, то коэффициент трансформации отдельного перехода Поэтому на рис. 33.4 и 33.5 необходимо отыскать кривые с параметром Пусть длина волны в двухпроводной линии с воздушным заполнением равна 12 см. Тогда длина волны в линии, заключающей тролитуловую вставку, окажется равной Таким образом, значение абсциссы на рис. 33.4 и 33.5 следует выбрать равным Этому значению согласно рис. 33.5 соответствует величина Таким образом, тролитуловая вставка представляет собой линейный трансформатор с коэффициентом трансформации Положение входных и выходных зажимов этого трансформатора определяется по кривым рис. 33.4, согласно которым Это означает, что зажимы трансформатора с меньшим значением нормированного полного сопротивления удалены от тролитуловой вставки на расстояние см, а зажимы трансформатора с большим значением полного сопротивления удалены от другого края этой втулки на расстояние В качестве второго примера рассмотрим тролитуловую вставку толщиной см, расположенную в круглом волноводе с радиусом 4,2 см, по которому распространяется волна типа на частоте, соответствующей Прежде всего найдем длину волны в волноводе, заполненном воздухом

и длину волны в тролитуловой вставке

Затем, определим коэффициент трансформации перехода «воздух — тролитул»

В данном случае получается значение меньше 1. Это означает, что вблизи от пограничного слоя «тролитул — воздух» на этот раз относительная величина сопротивления нагрузки для линии с воздухом больше, чем для линии тролитулом, так как предполагается, что диэлектрической вставке соответствует большее волновое сопротивление. Для того чтобы и в этом случае можно было воспользоваться кривыми рис. 33.4 и 33.5, предположим, что зажимы трансформаторов располагаются не непосредственно на границе, разделяющей диэлектрики, а в местах, удаленных от нее на чему соответствует Расстояние а (рис. 33.1) между соответствующими зажимами трансформаторов будет равно Так как добавление отрезка длиной не влияет на характер трансформации, в качестве значения абсциссы искомой точки на рис. 33.4 и 33.5 можно выбрать

Кривая, соответствующая значению на рис. 33.5, пересекает ось ординат в точке Полученный результат позволяет без особого труда осуществить интерполяцию.

Используя полученную при интерполяции кривую и значение абсциссы найдем — 0,88, откуда Тролитуловая вставка, таким образом, представляет собой линейный трансформатор с коэффициентом трансформации

Чтобы определить положения зажимов трансформатора, пользуясь рис. 33.4, найдем . Принимая во внимание, что в данном случае

зажимы трансформаторов, соответствующих отдельно взятым переходам «воздух—тролитул», необходимо выбирать удаленными от мест разрыва на определим расстояние от зажимов трансформатора с меньшим значением приведенного полного сопротивления до края тролитуловой вставки

Расстояние от зажимов до другого края этой вставки будет равно

В рассмотренном случае волновое сопротивление отрезка линии, содержавшего тролитул, было больше, чем у линии, заполненной воздухом. Нетрудно заметить, что при повышении частоты для одного и того же волновода разница в волновых сопротивлениях отрезка линии, заполненного тролитулом, и отрезка линии с воздушным заполнением уменьшается, а затем соотношение изменяется на обратное. На определенной частоте вообще не имеется никакого различия в волновых сопротивлениях, и тролитуловая вставка не вызывает никакой трансформации.

В качестве третьего примера рассмотрим коаксиальную линию, внутренний проводник которой на длине, равной 4 см, несколько утолщен. Предположим, что исходная линия имеет отношение радиусов проводников и, следовательно, волновое сопротивление ом. Пусть в области, где внутренний проводник утолщен, отношение радиусов будет и, следовательно, волновое сопротивление ома. Коэффициент трансформации отдельного перехода, являющийся параметром для кривых рис. 33.4 и 33.5, таким образом, окажется равным Предположим, что в этом случае длина волны см. В качестве значения абсциссы искомых точек кривых на рис. 33.4 и 33.5, следовательно, необходимо взять чему соответствует . Итак, отрезок линии с утолщенным внутренним проводником представляет собой трансформатор с коэффициентом трансформации Зажимы этого трансформатора находятся на расстоянии, равном см, а зажимы с большим значением нормированного полного сопротивления — на расстоянии ( см от соответствующих мест скачка диаметра внутреннего проводника.

Из рис. 33.5 можно установить следующее. При возрастании длины отрезка линии с отличающимся волновым сопротивлением коэффициент трансформации К увеличивается (от 1 до при длине, равной При дальнейшем увеличении длины этого отрезка К уменьшается снова до тех пор, пока при длине, равной он не станет опять равным 1. В случае более длинных отрезков линии, из которых можно изъять отрезки, кратные наблюдается та же периодичность. Таким же образом, как и возрастание длины линии трансформирующего участка при неизменной длине последнего, сказывается уменьшение длины волны.