2.6.2. Переходы и преобразователи

Волноводы одинакового поперечного сечения, но с присоединительными фланцами различного типа или разной конструкции могут быть соединены с помощью перехода. Такое устройство состоит из короткого отрезка волновода с необходимыми соединительными фланцами. Когда оба соединительных фланца дроссельного типа, остаточные последовательные реактивности могут быть скомпенсированы, если сделать электрическую длину перехода равной нечетному числу четвертей длины волны. Было найдено, что такой переход, применяемый для волновода с поперечным сечением имеет КСВН на частотах 3,20; 3,40; 3,60 и равный соответственно 1,019; 1,012; 1,010 и 1,012 (или в децибелах 0,171; 0,108; 0,090 и 0,108).

Если соединяемые передающие линии имеют различные поперечные сечения, то переход должен содержать элемент, согласующий полное сопротивление, или преобразующую секцию. Один метод использует плавное изменение поперечных размеров, например, в коаксиальной линии [62] размеры одного или обоих проводников могут плавно изменяться. В волноводах плавный линейный переход [86] имеет хорошую характеристику и прост в изготовлении. Коэффициент отражения будет минимальным, когда длина плавного перехода приблизительно равна при вычислении физической длины необходимо учитывать [108, 124] изменение с изменением поперечного сечения. Если соответственно наибольшая и наименьшая ширина, длина плавного перехода, то ширина в любом поперечном сечении перехода на расстоянии будет

Длина перехода может быть получена выражения

Если проинтегрировать и выразить длину перехода через длину волны в волноводе, то получим

Для небольшого изменения поперечного сечения средняя длина волны в плавном переходе равна 1/6 длины волны в волноводе с шириной, равной ширине входного сечения плюс 2/3 длины в волноводе шириной, равной ширине сечения в средней части перехода плюс 1/6 длины волны в волноводе с шириной, равной ширине выходного сечения.

Рис. 2.26. Преобразующий переход. Этот переход предназначен для соединения прямоугольных волноводов с различными размерами поперечного сечення, частота

Была исследована оптимальная длина [107], полученная с помощью формулы, выведенной для отражений на концах перехода. При крутых углах плавного перехода для получения широкополосной характеристики может оказаться необходимым согласовать эти неоднородности с помощью сосредоточенной проводимости. Были изготовлены переходы с чебышевской характеристикой [40, 97, 98]; даны расчетные кривые и приведены экспериментальные результаты для синусоидальных [119] и других [117, 118] трансформаторов.

Необходимо принимать меры [167, 243], чтобы избежать возбуждения паразитных видов колебаний в этих неоднородных линиях. Типичный линейный трансформатор для соединения волноводов с поперечными сечениями показан на рис. 2.26; электрическая длина плавного перехода равна электрическая длина между дроссельными фланцами равна На миллиметровых волнах находят практическое применение

более длинные плавные переходы; так, для соединения волноводов с поперечными сечениями наиболее подходящая длина для перехода будет Было найдено, что различные типы плавных переходов удобны для соединения прямоугольного волновода с волноводами Н-образного поперечного сечения 171, 72] и гребневыми волноводами [82, 124]. Так как конфигурация поля колебаний вида в прямоугольном волноводе не очень отличается от конфигурации поля колебаний вида в круглом волноводе, то в этом случае можно снова применить плавный трансформатор [122].

Такой переход показан, например, на рис. 2.27, он предназначен для работы в диапазоне

Для облегчения изготовления диаметр поперечного сечения круглого волновода должен быть больше диагонали прямоугольного волновода, а это может потребовать применение дополнительного короткого плавного перехода в круглом волноводе.

Рис. 2.27. Плавный переход от прямоугольного волновода к круглому.

Диапазон частот Переход длиной соединяет прямоугольный волновод с поперечным сечением с круглым волноводом диаметром

Рис. 2.28. Ступенчатые диэлектрические переходы. Все размеры даны - в миллиметрах; а — частично заполненная коаксиальная линия; б - частично заполненный гребневый волновод; в — переход от прямоугольного волновода к круглому.

Другой метод согласования двух неодинаковых волноводов основан на применении ступенчатых или четвертьволновых трансформаторов. В случае прямоугольных волноводов, отличающихся только по высоте, расчет упрощается, так как характеристическое сопротивление пропорционально именно высоте волновода. В каждом соединении между волноводом и трансформатором существует параллельная емкостная проводимость, которая компенсируется

другой, расположенной на расстоянии длины волны. В переходах между прямоугольным и круглым волноводамиможно использовать волновод с промежуточным поперечным сечением [146], наилучшие характеристики получаются с одним из типов многоступенчатых конструкций [164, 191, 244, 251, 263, 268].

Изготовление трансформаторного перехода намного облегчается, если ступеньки изготовляются в виде диэлектрических вставок; в этом случае необходимо учитывать влияние места соединения. Например, переход от коаксиальной линии с воздушным заполнением к коаксиальной линии с диэлектриком может быть сделан с помощью секторов с различными углами или с помощью втулок различного радиуса; в любом случае ступеньки могут быть выбраны так, чтобы получить чебышевское или другое распределение. Типичная конструкция [169], показанная на рис. 2.28, а, имеет в диапазоне 4,0-7,0 ГГц КСВН меньше 1,04. Трансформатор для двух гребневого волновода, показанный на рис. 2.28, б имеет в диапазоне 2,0-4,0 Ггц КСВН меньше 1,08. Диэлектрические вставки позволяют сделать компактные трансформаторы для перехода от прямоугольного волновода к круглому. В диапазоне 8,5-9,6 Ггц конструкция [130], показанная на рис. 2.28, в, имеет КСВН меньше

1,05. Если диэлектрическая проницаемость высока, то энергия концентрируется в диэлектрике, следовательно, стержень небольшого диаметра с плавным изменением размеров на каком-либо конце может служить основой для перехода между волноводами различных форм и размеров [254, 276].