НАПРАВЛЕННЫЕ ОТВЕТВИТЕЛИ С ОТВЕРСТИЯМИ СВЯЗИ

Направленное ответвление часто осуществляется при помощи одного, двух или ряда отверстий в общей стенке двух волноводов. Характеристики такого устройства зависят от свойств каждого отверстия (см. параграф 13.8), а также от их взаимного расположения и величины. Элементы матрицы (15.6) для одного отверстия связи определяются ф-лами (13.22) с учетом обозначений:

Направленный ответвитель с двумя отверстиями. Рассмотрим два идентичных прямоугольных волновода с волной типа связанных между собой двумя круглыми отверстиями диаметром в узкой стенке (рис. 15.13); толщина стенки

мала. Согласно ф-лам (9.24) и (9.29), у этой стенки Имеется только одна составляющая поля с нормированным значением Положив найдем из (13.22), что при связи через одно отверстие три элемента матрицы равны меж собой, т. е. волна ответвляется ненаправленно:

Для направленного ответвления необходимо второе отверстие такого же размера на расстоянии от первого. Падающая волна возбуждает это отверстие с отставанием по фазе на где относительная расстройка и (14.36)]. На расчетной частоте разность фаз составляет 90°.

Рис. 15.13

Вторичные волны в направлении 3 складываются в фазе, так как волна из отверстия 1, пройдя дополнительное расстояние I, также отстает по фазе на угол Длина пути волн, распространяющихся из плеча 1 в 3 через любое из отверстий, одинакова. Поэтому величина и переходное ослабление постоянны в диапазоне частот:

В направлениях 1 к 4 вторичная волна из отверстия 2 проходит больший путь (на величину Суммарное отставание по фазе этой волны от волны, проходящей через отверстие 1, составляет С учетом

Полная компенсация вторичных волн в плечах возможна лишь три когда

Направленный ответвитель со многими отвер стиями (рис. 15.14). Рассмотрим ответвитель с отверстиями связи, размеры которых различны и характеризуются коэффициентами связи

Существует очевидная аналогия между свойствами направленного ответвителя с несколькими элементами связи, расположенными

Рис. 15.14

с интервалом и ступенчатого перехода, длина каждой ступеньки которого В обоих случаях коэффициент отражения (а также элемент для направленного ответвителя) определяются суммой волн, отраженных от всех нерегулярностей.

Поэтому соотношения для многоступенчатого перехода справедливы для элементов матрицы многодырочного направленного ответвителя, если коэффициенты связи отверстия выбраны равными коэффициентам отражения от ступени перехода (причем они не должны быть велики). Как и в переходе, значения неодинаковы и уменьшаются к концам ответвителя.

Волны, прошедшие в плечо 3, всегда складываются в фазе. Поэтому соответствующий элемент матрицы направленного ответвителя аналогичен логарифмическому перепаду сопротивлений перехода :

где измеряется в децибелах.

Направленные ответвители, как и переходы, строятся с максимально плоской и чебышевской частотными характеристиками. Поэтому в соответствии с ф-лами (14.43), (14.46) — (14.50) их коэффициенты отражения и направленности в диапазоне частот определяются соотношениями:

При других законах распределения по длине ответвителя для расчета используется общая Для увеличения связи, т. е. величины коэффициента необходимо увеличить число или размеры отверстий. Чтобы уменьшить нежелательные взаимные связи между отверстиями, их иногда располагают в шахматном порядке, по обе стороны от осевой линии общей волноводной стенки. Ответвитель со многими отверстиями при является мостом с широкой полосой согласования.

Многодырочный направленный ответвитель с полной связью используется в качестве преобразователя типов волн. Отверстия делают в общей стенке двух разных по форме (или расположению) волноводов. Необходимо выполнение двух условий: сходство магнитных либо электрических полей волн в обоих волноводах вдоль ряда отверстий и равенство фазовых скоростей этих волн. Примером служит преобразователь волны типа в прямо; угольном волноводе в волну типа в круглом. Прямоугольный волновод соединен с круглым узкой стенкой; у отверстий связи ноля обеих волн имеют одинаковые составляющие Равенство фазовых скоростей обеспечивается выбором таких размеров поперечного сечения прямоугольного и круглого волноводов, чтобы нужных типов волн были одинаковы.

Направленный ответвитель иногда выполняют с узкой щелью связи постоянной ширины. Тогда он эквивалентен плавному экспоненциальному переходу и имеет неоптимальные частотные характеристики, значительно уступающие ответвителю той же длины с рядом оптимально выбранных отверстий.

Многошлейфный направленный ответвитель. Квадратный ответвитель (рис. 15.10) аналогичен ответвителю с двумя отверстиями (рис. 15.13). Для увеличения рабочей полосы частот две линии можно соединить несколькими шлейфами. Хотя конструкция со шлейфами сложнее, чем с отверстиями, она позволяет снизить переходное ослабление при небольшом числе шлейфов.

Рис. 15.15

Расчет многошлейфного узла в общем случае довольно сложен. При малом коэффициенте связи каждого шлейфа можно использовать аналогию двухшлейфного и двухдырочного ответвителей, положив в ф-лах Дальнейший расчет ведется, как и в случае ответвителя со многими отверстиями.

Трехшлейфный ответвитель с параллельным соединением шлейфов к линии (рис. 15.15) можно представить как два последовательносоединенных двухшлейфных с элементами матрицы Легко видеть, что для узла в целом Его параметры рассчитываются по ф-ле (15.12). В частности, для моста Полоса частот такого моста примерно в 3 раза больше, чем квадратного.

Пример. Рассчитаем пятидырочный направленный ответвитель с чебышевской характеристикой при величине переходного ослабления и перекрытии по частоте

Ответвитель эквивалентен четырехступенчатому чебышевскому переходу: Согласно Максимальная нормированная расстройка По находим: ,в соответствии с Коэффициенты определяются из модифицированного треугольника Паскаля: Из имеем

0,00825. Остальные коэффициенты связи Согласно (14.50), максимальный коэффициент отражения эквивалентного перехода Следовательно, направленность ответвителя [ф-ла (115.8)] в заданной полосе частот не хуже, чем