14.7. Переходы между волноводами и линиями разных типов

СОСРЕДОТОЧЕННЫЕ ПЕРЕХОДЫ

При построении тракта часто необходимо передать волну в волновод или линию другого типа; при этом неизбежно преобразование типа волны. Любой переход должен быть согласован в рабочей полосе частот и иметь возможно меньшие потери. Переходы с относительно узкой полосой согласования создаются при помощи одиночных элементов связи. Их можно рассматривать как возбудители той или иной волны в волноводе и рассчитывать по формулам, приведенным в параграфе 9.8.

Переходы от коаксиальной линии к прямоугольному волноводу. На рис. 14.18 показано несколько используемых на практике конструкций таких переходов. Во всех случаях внешний проводник линии присоединяется к волноводу

Рис. 14.18

по периметру отверстия, а внутренний заканчивается штыревым вибратором. Наиболее употребителен зондовый переход (рис. 14.18а). Утолщение на конце штыря в виде пестика увеличивает широкополосность перехода и его электрическую прочность. Переход с поперечным стержнем (рис. 14.186) обеспечивает более точную и жесткую установку внутреннего проводника, а также почти равномерное распределение тока в его вертикальной части; токи в горизонтальной части, перпендикулярные вектору Е волны типа в волноводе, не играют роли в возбуждении волны. Значительную мощность можно передать с помощью зонда типа «дверная ручка» (рис. 14.18в). Во всех случаях для установления в волноводе режима бегущей волны служит реактивная диафрагма. С ее помощью можно получить коэффициент отражения в полосе частот порядка 10—15%.

Переходы от коаксиальной к полосковой линии. Переход от коаксиальной к симметричной полосковой линии с тем же характеристическим сопротивлением выполняется весьма просто: соединяются центральные проводники обеих линий, а наружный проводник коаксиальной линии соединяется с внешними проводниками полосковой. Такой переход обеспечивает Если сопротивления линий не равны, сопротивления трансформируют любым известным способом; трансформирующий переход удобнее выполнять на полосковой линии.

Рис. 14.19

Рис. 14.20

Переход от коаксиальной линии к несимметричной полосковой вьытолшют под орямым углом (на рис. 14.19 дай разрез по оси коаксиальной линии); в этом случае оболочку коаксиальной линии соединяют с широкой пластиной, а внутренний проводник — с лентой. Такой переход имеет [17].

Детекторная секция объединяет волноводно-коаксиальный переход и коаксиальную нагрузку. Поглотителем мощности свч в данном случае является детектор, обладающий нелинейным сопротивлением. Эта мощность преобразуется им в колебания более низкой частоты, которые поступают на вход приемника или измерителя. В конструкции рис. 14.20 настройка (на отсутствие

отраженной волны) осуществляется поршнем в конце волновода; с изменением расстояния меняется одновременно активная и реактивная составляющие входного сопротивления штыря [ф-лы (9.64), (9.65)]; реактивная составляющая компенсируется затем индуктивным коаксиальным шлейфом, совмещенным с держателем детектора. В коаксиальный кабель подается сигнал, преобразованный детектором. Блокировочный проходной конденсатор (шайба со слюдяной прокладкой) предотвращает просачивание в него свч энергии.

ПЛАВНЫЕ И СТУПЕНЧАТЫЕ ПЕРЕХОДЫ

Переходы с постепенным изменением размеров и формы поперечного сечения волновода обеспечивают широкополосное согласование соединяемых волноводов. Выбор оптимальных параметров такого перехода сводится к такому же подбору коэффициентов отражения от ступенек или функции местных отражений как это указывалось в предыдущих параграфах. Отличие состоит лишь в том, что эти величины определяются в результате решения особой для каждого случая электродинамической задачи (если речь не идет о соединении двух линий с ТЕМ-волной). Дело в том, что понятие характеристического сопротивления, как уже отмечалось, даже к регулярным волноводам применимо со значительной долей условности и с точностью до постоянного коэффициента. Величина неприменима для сопоставления волноводов с разной формой поперечного сечения.

Переходы от прямоугольного волновода к полосковой и коаксиальной линиям (рис. 14.21). В обоих случаях выполняют плавный широкополосный переход от прямоугольного волновода в виде участка -образного волновода, образующегося при введении в волновод гребня.

Рис. 14.21

Рис. 14.22

Структура поля в -образном волноводе, как известно, довольно близка к полю ТЕМ-волны. К этому гребню присоединяют ленту несимметричной полосковой линии, соосной с волноводом, либо центральный проводник коаксиальной линии, перпендикулярной

волноводу; конструкция обеспечивает почти полное отсутствие излучения из открытого конца волновода. Второй проводник соединяют с широкой стенкой волновода.

Переходы от прямоугольного волновода к круглому, с волной типа На рис. 14.22 показан плавный переход. Сходство структуры преобразуемых волн позволяет хорошо согласовать эти волноводы при сравнительно небольшой длине перехода

Рис. 14.23.

Широко используется также более компактный ступенчатый переход с промежуточной секцией длиной сечение которой соответствует середине плавного перехода; он обеспечивает удовлетворительное согласование в -процентной полосе частот. Существенно улучшить частотные характеристики можно, применив ступенчатый переход из двух или трех секций.

Переходы от прямоугольного волновода к круглому с волной типа Плавный переход на рис. 14.23 осуществляется преобразованием прямоугольного сечения волновода в трапецию и сектор с последующим увеличением угла сектора до Здесь использована аналогия в поперечной структуре поля в секторе круглого волновода с волной типа в прямоугольном волноводе. В другом переходе волна в прямоугольном волноводе вначале преобразуется в волну о в прямоугольном волноводе увеличенных размеров, последний переходит в

Рис. 14.24

крестообразный, а затем в круглый. На рис. 14.24 показан ряд последовательных сечений такого перехода. Потери в плавных переходах в полосе частот составляют

Возбуждение волноводов поверхностной волны, рассмотренное в параграфе 12.9, также осуществляется при помощи плавных переходов.

ВРАЩАЮЩИЕСЯ СЕКЦИИ

Для питания антенн с круговым вращением или других подобных устройств необходима волноводная конструкция, обеспечивающая стабильность передачи при вращении одной части волновода относительно другой (рис. 14.25).

Рис. 14.25

Очевидно, для этой цели пригодны коаксиальная линия с волной ТЕМ (для частот до и круглый волновод с волнами типов Во всех этих случаях волны симметричны относительно оси вращения. Необходимой частью секции является бесконтактное дроссельное сочленение с малым зазором в узле тока (параграф 13.4). Проникающая через зазор часть волны затухает в кольце из поглощающего материала. Переход (рис. 14.25а) использует коаксиальную линию с двумя зондами, введенными в прямоугольные волноводы. Если оси прямоугольных волноводов перпендикулярны, удобен переход, изображенный на рис. 14.25б. В обоих случаях внутренний проводник не имеет разрыва.

Б волноводной секции (рис. 13.25в) используется волна типа В месте соединения прямоугольного и круглого волноводов вертикальная составляющая электрического поля волны типа переходит в осевую и радиальную составляющие волны а магнитное поле в азимутальное поле Важно эффективное подавление несимметричной волны имеющей более низкую критическую частоту, иначе мощность на выходе будет изменяться при вращении в соответствии с изменением плоскости ее поляризации. Для этой цели применяют кольцевой фильтр (рис. 13.226). Волна круглого волновода в таких переходах не используется, так как для ее распространения нужен волновод большего диаметра, в котором могут возникнуть волны типов