3.2.2. Переходы с прямоугольного волновода на круглый

Выполненные под прямым углом соединения прямоугольного волновода с колебаниями вида и круглого волновода с колебаниями вида показаны на рис. 3.6, а (соединение в плоскости Е) и на рис. 3.6, б (соединение в плоскости Н). Согласование достигается в основном выбором формы и расположения клинообразной вставки. Окончательная регулировка осуществляется индуктивной диафрагмой или, как в приведенных примерах, четвертьволновым трансформатором. В 3%-ной полосе частот с центральной частотой меньше 1,05. Каждый такой переход возбуждает в круглом волноводе поле лишь одной линейной поляри зации, однако при помощи второго прямоугольного волновода, повернутого по азимуту относительно первого на 90°, можно возбудить колебания вида с ортогональной поляризацией. Для

предотвращения взаимного влияния питающих волноводов места соединений желательно разнести по оси на расстояние полволны [199].

Другое устройство [51] состоит из двух прямоугольных изгибов; одного в плоскости Е и другого в плоскости Я. Волноводы накладываются один на другой, и общая часть стенок удаляется, так что на конце образуется крестообразный волновод, форма поперечного сечения которого с помощью длинного конуса постепенно изменяется на круглую.

Рис. 3.6. Переходы от прямоугольного волновода к круглому. Частота Размеры сечения волновода (См. 1173]). а — прямоугольный переход с соединением в плоскости ; б - прямоугольный переход с соединением в плоскости в — переход для двух видов колебаний с ортогональной поляризацией.

При согласовании диафрагмами в 10%-ной полосе пропускания величина КСВН будет меньше 1,1, а развязка между видами колебаний — более 40 дб. На рис. 3.6, в показан предложенный Томпкинсом [173] переход для двух видов колебаний с ортогональной поляризацией. Посредством диэлектрического трансформатора один из прямоугольных волноводов непосредственно соединяется с концом круглого волновода. Короткое замыкание для волны с перпендикулярной поляризацией выполнено в виде тонких металлических штырей, параллельных плоскости поляризации электрического вектора для ортогональной поляризации решетка оказывается прозрачной. В диапазоне оказался не выше 1,15, а изоляция между видами колебаний больше 15 дб.

Переход типа «плавник», предложенный Робертсоном [140, 141] и показанный на рис. 3.7, служит трансформатором колебаний вида прямоугольного волновода в колебания вида круглого волновода. Устройство состоит из отрезка круглого волновода, в диаметральной плоскости которого расположены две тонкие пластины -«плавники». Ширина последних постепенно увеличивается до тех пор, пока они не будут отделены друг от друга лишь небольшим промежутком в центре волновода. Таким образом, по существу вся энергия, связанная с электрическим полем преобразуется в колебания того вида, который распространяется в «плавниковой»

линий, в то время как на волну, характеризуемую полем плавники влияния почти не оказывают.

Типичная характеристика устройства приведена на вставке рис. 3.7. Если круглый волновод продолжен далее места соединения, то переход плавникового типа можно использовать для разделения двух перпендикулярно поляризованных волн. Было установлено, что когда в волноводе присутствует только одна волна, то любая часть ее энергии может быть поглощена за счет простого поворота перехода относительно оси, так чтобы плавники оказались наклоненными относительно плоскости поляризации волны.

Рис. 3.7. Переход от прямоугольного волновода к круглому типа «плавник»: а — общий вид; б - потери при передаче. (См. [140].)

В этом случае поглощенное поле будет пропорционально косинусу угла наклона.

Если размеры круглого волновода достаточно велики для распространения волны то по нему могут распространяться и многие другие виды колебаний, в связи с чем создание перехода на такой волновод с прямоугольного волновода представляет значительные трудности. Один из методов его осуществления заключается в постепенном изменении поперечного сечения прямоугольного волновода, так чтобы конфигурация поля в нем приближалась к конфигурации поля нужного вида колебаний. При другом методе цилиндрический волновод связывают по узкой стенке прямоугольного двумя отверстиями связи, расположенными друг от друга на расстоянии полволны. В ряде модификаций этого метода используется четыре отверстия или более; число их выбирается достаточно большим для того, чтобы нежелательные виды колебаний не возбуждались. Так как вид колебаний является вырожденным по отношению к виду в круглом волноводе, то для его подавления в торцевой стенке прорезают четвертьволновую канавку.

В переходах на круглый волновод с волной необходимо принимать меры предосторожности для поддержания чистоты возбуждения. Волна будет распространяющейся, н обычно требуется оценить ее величину. При одновременном распространении двух видов волн будут существовать пространственные биения. Радиальная составляющая электрического поля на периферии волновода для колебаний вида равна [129]

и для колебаний вида

где есть азимут. Если при разность фаз между двумя видами колебаний равна то, складывая равенства (3.14) и (3.15) и производя деление на получим

где

Таким образом, в тех сечениях волновода, где экспоненциальный член уравнения (3.16) обращается в радиальное поле на периферии обладает соответственно максимумом или минимумом Период пространственного повторения конфигурации поля равен длине волны в волноводе и если то такие же максимумы и минимумы будут наблюдаться и у полного электрического поля. Можно показать, что отношение мощностей двух видов колебаний равно

Таким образом, простое измерение с помощью зонда дает возможность вычислить долю мощности паразитного вида колебаний

Полное устранение колебания вида в круглом волноводе может быть достигнуто несколькими методами [129]; выбор определенного метода зависит от различных особенностей геометрии перехода. Так, круглый волновод может быть продолжен далее места соединения с прямоугольным волноводом для образования короткой полости, размеры которой выбираются так, чтобы электрическая длина ее была равна одновременно Поскольку связь с колебаниями видов и будет соответственно параллельной и последовательной, то шлейф предотвращает возбуждение последних. Пример такого перехода для частоты приведен на рис. 3.8, а.

Другой метод основан на подавлении колебаний вида Четыре щели, расположенные здесь на равных расстояниях по периферии круглого волновода и заполненные поглощающим материалом, будут иметь эффективную связь с волной вида и, следовательно, ее поглощать. Энергию волны такого вида можно также

устранять с помощью резонансного кольца [167], представляющего для короткое замыкание и не оказывающее в то же время влияния на волну Так как волна с переходом связана слабо, то при расстояниях между кольцами, кратных возникают паразитные резонансы. Учитывая это, кольцо следует располагать в промежуточной точке; чем ближе оно к месту соединения, тем шире рабочий диапазон. Тонкое металлическое кольцо обычно поддерживается тефлоновым диском, но так как возбуждается только одна поляризация волны вида то можно также использовать металлические опоры, перпендикулярные вектору электрического поля. Конструкция с кольцевым фильтром для частоты показана на рис. форма и расположение поршня выбраны так, чтобы получить согласование.

Рис. 3.8. Возбуждение колебаний вида в круглом волноводе. Во входном прямоугольном волноводе распространяется волна внда Частота 9,4 Ггц: а — с фильтром в виде шлейфа; б - с фильтром в виде кольца; в — минимальное содержание колебаний вида ; г - соосный переход.

В переходе, изображенном на рис. 3.8, в, поршень изготовлен таким образом, чтобы свести к минимуму возбуждение колебаний вида согласование осуществляется с помощью диафрагмы в прямоугольном волноводе.

Могут быть выполнены и соосные переходы путем введения в одну половину питающего тракта фазового сдвига Создание фазового сдвига требует применения Т-образных соединений и/или диэлектрических пластин. В конструкции, представленной на рис. 3.8, г, фазовый сдвиг получен с помощью шлейфа; прямоугольный волновод разделен пополам тонкой перегородкой, которая соединена с возбуждающим штырем.