2.6. ПРОСТЫЕ ПЕРЕХОДЫ

2.6.1. Изгибы, уголки и скрутки

Редко встречаются случаи, когда тракты СВЧ располагаются на заметном расстоянии друг от друга по прямой линии или в одной плоскости, поэтому необходимы изгибы, уголки и скрутки. На рис. 2.23 приведены две конфигурации изгибов прямоугольного волновода.

Рис. 2.23. Типы волноводных изгибов: а - в плоскости Н; б - в плоскости Е. Для волновода с поперечным сечением подходящей величиной будет (в плоскости Н) и (в плоскости ).

На рис. 2.23, а показан изгиб в плоскости , называемый так потому, что плоскость изгиба совпадает с плоскостью магнитного поля. Изгиб в плоскости Е, показанный на рис. лежит в плоскости электрического поля. Эти два типа изгибов по методу их изготовления характеризуют иногда механическими терминами (например: «трудный» и «нетрудный», «больший» и «меньший» и т. д.). Обычный изгиб имеет постоянный радиус [13], и для того чтобы выбрать правильные размеры, необходимо знать коэффициент распространения.

Метод, который применял Жуге [88—91], состоит в установлении системы дифференциальных уравнений для составляющих поля в таком виде, который позволяет получить приближенное решение, по форме подобное решению для прямой линии. Левин

[106] получил разложение по членам малой величины Так как распространение не зависит от направления изгиба, то в решении оставлены члены по крайней мере до порядка Были построены функции коррекции для изгибов в плоскости в зависимости от радиуса изгиба. С помощью методов матриц [81, 149] были анализированы изогнутые волноводы и получены эквивалентные схемы [126, 260].

Оптимальные электрические характеристики получаются в том случае, когда длина изгиба составляет целое кратное от половины длины волны в волноводе. Существующие небольшие отражения на соединении между прямым и изогнутым волноводами могут быть компенсированы с помощью сосредоточенных реактивных проводимостей.

Рис. 2.24. Различные типы волноводных уголков: а — скос в плоскости (размер для угла 90° приблизительно равен двойной скос в плоскости Е (размер V для угла 90° приблизительно равен в — уголок в плоскости Е со штырем; скос в плоскости Н(размер а для угла приблизительно равеи 0,93а).

С другой стороны, изгиб можно сделать достаточно хорошим [192], если постепенно менять кривизну от максимальной величины в центре до нуля в точках перехода к прямому участку. Особые меры должны быть приняты в изгибах круглых волноводов, так как если распространяются колебания вида то стремится установиться ортогональная поляризация, а если распространяются колебания вида то стремятся возникнуть колебания высших видов, и в частности колебания вида . Во многих типах изгибов важно выдерживать необходимое поперечное сечение и иметь хорошее качество отделки поверхности по всей длине.

Уголки в волноводе с крутым изгибом компактны и имеют хорошие электрические характеристики. Эквивалентной схемой уголков [146, 150] в плоскостях является Т-образная схема с последовательными реактивными сопротивлениями и параллельной реактивной проводимостью, их абсолютные величины очень велики, и при некоторых углах наступает резонанс. Наименьшее отражение получается в том случае, если срезать часть уголка, как показано на рис. 2.24, а. Размер зависит от угла и высоты волновода. Лучшая ширина полосы достигается комбинацией уголков двух видов, т. е. при уголке с двумя скосами (см. рис. 2.24, б); расстояние Г определяется экспериментально. В другой конструкции уголка в плоскости Е, показанной на рис. 2.24, в, используется

цилиндрический штырь, а на рис. показан уголок в плоскости Н с одним скосом. Разработаны [192] многоступенчатые уголки, в которых углы подобраны так, что коэффициенты отражения распределены по биномиальному закону. Коэффициент отражения для угла рад равен где К равно во всем рабочем диапазоне волновода. Согласование в 10%-ной полосе получается для уголка 90°, имеющего три ступеньки: 26,3°, 37,4° и уголок 180° имел пять ступенек: 21,3°, 42,6°, 52,2°, 42,6° и 21,3°. Были сконструированы и другие широкополосные волноводные уголки [257, 258].

Рис. 2.25. Преобразователи поляризации в прямоугольном волноводе. Частота 35 Ггц. Поперечное сеченне волновода а — механическая скрутка трубы; б - ступенчатая скрутка, углы которой подобраны таким образом, что распределение коэффициентов отражения соответствует биномиальному закону; в — резонансный штырь в полуволновом квадратном резонаторе.

Изменение поляризации можно получить с помощью скрутки [250], показанной на рис. 2.25, а; наилучшее согласование получается при длине скрутки, равной нескольким полуволнам в волноводе. Левин [106] получил волновые уравнения в спиральной системе координат и вывел выражение в значениях 1/1, где

I — длина, на которой поперечное сечение волновода поворачивается на 360°. Поправочный член, учитывающий длину волны в волноводе, достаточно мал для волноводов квадратного сечения и для скруток, длина которых в несколько раз больше ширины волновода. Ступенчатая скрутка, показанная на рис. 2.25, б, полезна лишь в ограниченной области. Она состоит из ряда четвертьволновых

ступенчатых секций, расположенных под такими углами, что возникающие отражения компенсируются [183, 222].

Отражения пропорциональны квадрату величины угла, и в показанной конструкции отражения от каждой ступеньки следуют биномиальному ряду. Ширина полосы увеличивается с увеличением числа секций, три секции в волноводе с поперечным сечением на частоте имеют КСВН в -ной полосе лучше чем 1,05. Были сконструированы [87] волноводные скрутки из большого числа латунных штампованных пластин: например, в волноводе с размерами поперечного сечения использовалась пластина толщиной с электрическими длинами устройства при перекрытии частот в отношении был меньше 1,02. В преобразователе поляризации, показанном на рис. 2,25, в, два прямоугольных волновода, соединенных под прямым углом своими широкими стенками, присоединяются к резонатору с квадратным сечением; связь осуществляется с помощью штыря, расположенного под углом 45°.