ОТВЕТВИТЕЛИ С ЧЕТВЕРТЬВОЛНОВЫМИ СЕКЦИЯМИ

Коаксиальный кольцевой мост. Кольцевые мосты (гибридное кольцо) строятся на волноводах и коаксиальных линиях; они состоят из четырех тройниковых разветвлений, соединенных секциями волновода или линии длиной, кратной Мосты используют трансформирующие свойства четвертьволновых линий и поэтому чувствительны к изменению частоты.

Кольцевой мост длиной выполненный на секциях коаксиальных линий, показан на рис.

15.8. Он имеет одну плоскость симметрии А, как и двойной тройник. Прохождению волной каждой четвертьволновой секции соответствует уменьшение ее фазы на 90°. С учетом этого по аналогии с (15.9) запишем следующую матрицу для кольцевого моста при плоскостях отсчета в точках ветвления:

Рис. 15.8

Докажем справедливость матрицы (15.10). При параллельном соединении линий удобнее оперировать с их характеристическими проводимостями: для всех плеч, для кольца. Пусть волна входит в плечо 1. Плечи 4 и I предполагаются развязанными. Режим в узле не изменится, если замкнуть накоротко плечо 4, что приведет к нулевой проводимости в точках 2 и 3 на входе секций

2—4 и 3—4. Отрезки и 1—3 нагружены на концах проводимостями Входная проводимость четвертьволновой секции 1—3 со стороны плеча Так же преобразует проводимости секция длиной Плечо 1 считается согласованным при условии, что суммарная проводимость в точке ветвления равна характеристической проводимости плеча:

Отсюда Напряжения в точках 2 и 3 находятся в противофазе, так как длина пути 1—2 на больше, чем пути 1—3. В этом случае очевидно, что в середине полуволновой секции 2—3 (в сечении 4) находится узел напряжения независимо от того, замкнута она или нет. В любом случае волна в плечо 4 не попадает, т. е. первоначальное

предположение оказалось верным. Аналогично доказывается справедливость остальных элементов матрицы (15.10).

Волноводный кольцевой мост (рис. 15.9а) реализуется на тройниках в плоскости которые при соответствующей настройке эквивалентны последовательному соединению двухпроводных линий В этом случае соотношение, аналогичное полученному для коаксиального кольцевого моста, справедливо для характеристического сопротивления кольца Тогда, согласно ф-ле (13.8), при равных в кольце и плечах, высота волновода кольца

Матрица (15.10) справедлива только для расчетной частоты других частотах фазовые соотношения на отрезках кольца, особенно в секции длиной нарушаются.

Рис. 15.9 (см. скан)

Согласование, развязка плеч, деление мощности ухудшаются при удалении от Полоса частот, в которой параметры кольцевого моста удовлетворительны, не превышает ±10% от расчетной.

В симметричных двухпроводных линиях изменение фазы на 180° достигается простым перекрещиванием проводников (скруткой на 180°). Кольцевой мост на симметричных линиях (рис. 15.96) имеет укороченную до перекрещенную секцию 1—2; благодаря этому он удовлетворительно работает в двухкратном диапазоне частот.

Кольцевой мост используется для сложения равных мощностей двух передатчиков при условии, что их выходные напряжения равны и синфазны (рис. 15.9в). Если передатчики включены в плечи то Антенна включается в плечо 3. Мост обеспечивает также взаимную развязку передатчиков. Плечо 2 заканчивается согласованной нагрузкой при небольшом нарушении синфазности либо равенства амплитуд и

в это плечо попадает незначительная мощность. При выходе из строя одного из передатчиков мощность оставшегося передатчика делится пополам между антенной и нагрузкой, в результате чего мощность в антенне падает в четыре раза по сравнению с первоначальной. Для этого случая в схемах передатчиков предусматривается возможность подключения работающего передатчика непосредственно к антенне (в обход моста).

Рис. 15.10

Квадратный мост и направленный ответвитель. Свойства узла, показанного на рис. 15.10 в коаксиальном исполнении, определяются выбором характеристических проводимостей его четвертьволновых секций. В общем случае эта схема с двумя шлейфами является согласованным направленным ответвителем.

Если характеристические проводимости противолежащих отрезков одинаковы, узел симметричен относительно плоскостей его матрица соответствует (15.6). На длине волна отстает по фазе на Поэтому значения элементов матрицы (15.6) должны быть

Найдем связь элементов матрицы с характеристическими проводимостями Пусть волна поступает в плечо 1. Предположим в соответствии с (15.11), что плечи 1 и 4 развязаны. Замкнем накоротко плечо 4, что не должно изменить работы узла. Тогда входные проводимости секций 1—4 и 3—4 станут равными нулю и можно исключить их пока из рассмотрения.

Проводимость с плеча 3 преобразуется четвертьволновой секцией 3—2 в проводимость в точке 2. Мощность волны, распространяющейся из плеча 1 по секции 1—2, согласно (15.11), делится в отношении Эта величина равна отношению входных проводимостей секции 2—3 с плечом 3 и плеча 2, т. е. Отсюда

Нагрузкой секции 1—2 является суммарная проводимость в точке 2: Проводимость входа этой секции Для согласования плеча 1 необходимо т. е.

Проверим правильность первоначального предположения о взаимной развязке плеч 4 и 1. Для этого необходимо доказать, что ток короткого замыкания в точке 4 равен нулю. Представим его

как сумму токов, создаваемых в Напряжения в точках и 3 с одинаковыми проводимостями пропорциональны нормированным амплитудам волн, бегущих по этим плечам: В любой линии ток в пучности равен напряжению в пучности, умноженному на характеристическую проводимость, Следовательно, ток короткого замыкания Поэтому в данной точке находится узел напряжения и при любом сопротивлении нагрузки в плече 4.

Итак, схема рис. 15.10 является идеальным направленным ответвителем на частоте, соответствующей четвертьволновой длине всех отрезков. Для узла с параллельно включенными шлейфами разветвлениями в плоскости Н должны выполняться соотношения:

Это соединение служит мостом, если Тогда проводимости его плеч При последовательном включении двухпроводных линий или -тройниках в точках ветвления соотношения вида (15.12) относятся к характеристическим сопротивлениям: Полоса частот квадратного ответвителя относительно мала: ±5% при [28].

Мост для питания двух антенн со сдвигом по фазе на 90° (рис. 15.11).

Рис. 15.11

Рис. 15.12

Равноамплитудное возбуждение двух антенн с фазовым сдвигом 90° обеспечивает круговую поляризацию их излучения или вращение диаграммы направленности. Волна от передатчика поступает в плечо 1. Тогда волны, распространяющиеся к антеннам, Если антенны не

согласованы с фидером и имеют равные коэффициенты отражения то вторичные волны распределяются следующим образом: В генератор отраженная волна (эхо) не попадает, она полностью поглощается в нагрузке. Такое устройство служит также эхопоглотителем.

Если включить в этот же мост вместо нагрузки второй передатчик то волны, поступающие к антеннам, определятся как Сигнал от передатчика придет в антенну 2 с опережением на 90° по сравнению с антенной 3. Сигнал от передатчика 4, наоборот, оказывается опережающим в антенне 3. Антенны в таком устройстве должны быть хорошо согласованы с фидером, так как отраженные волны возвращаются к передатчикам.

Щелевой коаксиальный мост также построен принципу соединения тройников четвертьволновыми отрезками линий. Такое построение позволяет получить компактную конструкцию даже на метровых волнах, что выгодно отличает щелевой мост от квадратного и кольцевого. Щелевой коаксиальный мост (рис. 15.12) можно рассматривать как развитие щелевого симметрирующего устройства (рис. 15.4). Плечи 1, 2 и 3 остаются неизменными, что дает основание заимствовать первый столбец и первую строку из матрицы симметрирующего устройства (15.2). Волны из плеча 4 попадают в плечи 2 и 3 в фазе, пройдя четвертьволновые секции (что соответствует уменьшению фазы на 90°). Следорателыю, матрица согласованного щелевого моста имеет вид

Отметим сходство в пространственной структуре щелевого коаксиального моста и двойного тройника (рис. 15.6). В частности, оба узла имеют одну плоскость симметрии, проходящую через плечи 1 и 4. Матрица (15.13) отличается от (15.9) только фазовыми соотношениями в плече 4.

Для согласования плеч моста нужно выбрать соответствующие характеристические сопротивления его секций. Плечо 1 через два четвертьволновых отрезка нагружено на последовательное соединение Следовательно, характеристические сопротивления коаксиальной и полукоаксиальной линий следует выбрать так, чтобы создать двухступенчатый переход (биномиальный или чебышевский) между Для плеча 4 нагрузки включены параллельно. Следовательно, четвертьволновый трансформатор между ними должен иметь характеристическое сопротивление

Для получения широкополосного согласования в плечо 4, как и в плечо 1, можно включить дополнительно одну или несколько четвертьволновых секций, изменив соответственно величины

Сложение мощностей двух передатчиков с поглощением эхо-сигнала. Все мосты имеют одинаковые свойства, и приведенные выше примеры их применения в равной степени относятся к мосту любой конструкции. В частности, щелевой коаксиальный мост позволяет получить сдвиг фаз на 90° при питании двух антенн от одного или двух передатчиков. Возможно сложение равных мощностей двух сфазированных передатчиков.

Рассмотрим интересный вариант этого устройства с поглощением эхо-сигнала. К плечам 1 и 4 подключаются два передатчика: Нужный сдвиг по фазе обеспечивается в схеме возбудителя, общего для обоих передатчиков. В плечо 2 включена антенна, в плечо 3 — согласованная балластная нагрузка. Тогда согласно (15.13):

Пусть коэффициент отражения от антенны (с учетом затухания фидера), а коэффициент отражения от каждого из передатчиков. Сигнал, отраженный от антенны, По ко входам передатчиков придут сигналы Вторично отраженные от передатчиков сигналы снова распределятся согласно :

Итак, эхо-сигнал попадает только в балластную нагрузку. При отсутствии моста-эхопоглотителя дважды отраженный сигнал поступит в антенну и исказит передаваемую информацию.