3.3.2. Распределенная связь

Улучшение характеристики в полосе частот получается при распределенной связи, которая может осуществляться либо путем применения длинной щели, либо с помощью решетки дискретных элементов. Миллер и Мамфорд [102] описали связь между основным и вспомогательным волноводами в интервале посредством функции как показано на рис. 3.10, а и б.

Рис. 3.10. Характеристики распределенной связи между двумя линиями передачи: а — общая схема; б - распределение функции связи в — направленность, вычисленная из выражения (См. [102].)

Если волна входит в плечо 1, то сумма всех элементов тока прямого направления в плоскости равна

где

Коэффициент К показывает, какая доля общего индуцированного тока во вспомогательном волноводе распространяется вперед (в направлении возрастания положительных значений координат на оси Сумма всех элементов тока обратного направления плоскости равна

Если в интервале фаза функции связи постоянна, то все элементы тока прямого направления будут суммироваться по фазе. Однако выражение обратного тока имеет вид преобразования

Фурье [20], поэтому при суммировании будет иметь месго вредная интерференция.

Пусть, например, связь между волноводами в интервале I однородна, как показано на рис. 3.10, б, тогда направленность будет

На рис. 3.10, в направленность показана сплошной линией; для и т. д. она обращается в бесконечность, а точки минимума направленности находятся на кривой показанной пунктиром. Для получения широкополосной направленности с уровнем 25 дб связь должна осуществляться на участке длиной около Если на концах интервала функция связи линейно спадает до нуля, то направленность становится равной

и точки ее минимума ложатся на кривую . В этом случае широкополосная направленность порядка 25 и 35 дб может быть получена при размерах интервала связи соответственно в одну или две длины волны. Если два однородных распределения наложены друг на друга, то наблюдается смещение двух частот, направленность на которых будет совершенной.

Во многих случаях невозможно или затруднительно пользоваться непрерывной связью, однако эффект такого распределения можно имитировать посредством близкорасположенных дискретных элементов связи. Например, преобразование общего распределения связи для четного числа дискретных элементов, расположенных симметрично относительно центра с амплитудным распределением запишется в виде [103]

Отсюда направленность будет равна величине при деленной на величину вычисленную для рабочей длины волны. Если связь рассчитана на длину волны в волноводе, равную то на частоте, соответствующей длине волны направленность будет это выражение в векторной форме представлено на рис. Векторная диаграмма для трех элементов с распределением амплитуд показанная на рис. 3.11, а, II, дает меньшую результирующую и, следовательно, большую направленность. Еще лучшим будет распределение амплитуд показанное на рис. 3.11, а, III; направленность в этом случае [112] равна Значения направленности для этих трех

распределений показаны графически на рис. 3.11, б как функции

Ьообще говоря, любая решетка элементов, амплитуды связи которых распределены по биномиальному закону, обладает довольно широкой рабочей полосой частот. Можно показать, что для N элементов, разнесенных друг от друга на четверть длины волны, направленность равна Таким образом, ширина полосы возрастает с увеличением Ы, т. е. с ростом длины. Направленные ответвители можно делать широкополосными, также пользуясь чебышевским распределением [82]. Это распределение для большого числа элементов трудно осуществить в точности, так как неизвестны амплитуды связи в зависимости от геометрии отверстий.

Рис. 3.11. Направленность для различных распределений отверстий: а — векторная диаграмма, построенная для Коэффициенты связи в (I), (II) и (III) одинаковы, а в (IV) в три раза больше; б - рабочая полоса частот.

Некоторое улучшение достигается в том случае, если пользоваться четным числом элементов, поскольку ошибки при этом будут взаимно компенсироваться. Однако при большом числе элементов можно добиться хороших результатов, если делать амплитуду связи у крайних элементов равной половине амплитуды связи элементов основной решетки [93]. Векторная диаграмма для восьми элементов приведена на рис. 3.11, а, IV.

Были предложены конструкции, осуществляющие связь с определенными видами волн в волноводе [87] и попарную связь между двумя волноводами в системе из трех волноводов [163]. Рассмотрены также погрешности направленных ответвителей [17] и предложены сверхнаправленные решетки [138].

В практических устройствах применяются самые различные методы связи. Разработаны направленные ответвители для открытых проволочных линий передачи [50, 101]. Изготовлен направленный ответвитель [103] в круглом волноводе для измерения парциального содержания колебаний вида при наличии колебаний вида . В устройстве, показанном на рис. 3.12, а, использовано четыре

волноводных шлейфа длиной в четверть волны. Эту сборку можно рассматривать как две пары четвертьволновых шлейфов, отстоящих друг от друга на

Рис. 3.12. Направленные ответвители щелевого типа: а — четыре разнесенные попарно щели. Частота 8.9 — 9,6 ГГц; б - одна щель в узкой стенке. Частота 26,5 — 40 Ггц. (См. [182].)

Для двух шлейфов коэффициент связи по мощности равен квадрату отношения волновых сопротивлений волноводов шлейфа к волновому сопротивлению основного (или вспомогательного) волновода.

Рис. 3.13. Направленный ответвитель со многими отверстиями. Частота Сечение волновода Связь можно менять в пределах , выбирая диаметры отверстий.

Такой ответвитель обычно имеет переходное ослабление 10—20 дб и направленность около 30 дб. Уэллс 1182) в направленном ответрителе для диапазона

применил продольную однородную щель Длиной -волны, как показано на рис. 3.12, б. Связь через щель использовалась также и в коаксиальных линиях на частотах ниже

В качестве отверстий связи часто применяются также круглые отверстия [65], так как они могут быть выполнены с большой точностью; имеется расчет [8] как для равномерной, так и для биномиальной решеток. В конструкции, показанной на рис. 3.13, которая предназначена для работы на однородная решетка с двух сторон оканчивается отверстиями, возбуждаемыми половинной амплитудой. Другая решетка [136], в которой на концах применены две щели половинной амплитуды, имела в 12%-ной полосе частот с центральной частотой переходное ослабление 9,0 ±1,0 дб и направленность свыше 50 дб.