4.2.2. Фиксированные аттенюаторы и оконечные нагрузки

Удобным типом аттенюаторов сверхвысоких частот будет такой, в котором поглощение энергии происходит в резистивном материале, т. е. в материале с потерями. В своем простейшем виде такой аттенюатор действует как развязка, вводя в линию передачи заданные потери. На сверхвысоких частотах многие материалы обладают потерями [34, 263], но так как фактическое ослабление, создаваемое аттенюаторами, не столь важно, то резистивным частям придают вид пластин из паксолина, полижелеза (polyiron), пластмасс с примесями [244] и проводящей керамики [293]. Эль-Ибиэри [98] применял для аттенюаторов материал, поглощающий высокочастотную энергию, образованный в результате добавления в смолу типа Марко (Marco resin) или другую полиэфирную смолу частиц карбонильного железа размером Свойства материала зависят от соотношения железа и пластмассы; он должен обладать механической прочностью и легко обрабатываться на станке. На частоте при сплошном заполнении волновода с поперечным сечением материалом, у которого весовые отношения железа к пластмассе были 0; 0,7 и 1,4, длины волн были соответственно равны 2,1, 1,4 и а коэффициенты затухания 0,2; 4,5 и 9,5 дб/см. Такие поглощающие материалы обычно согласуются с волноводной линией, имеющей воздушное заполнение, с помощью обычных конусных или ступенчатых переходов. Построены также аттенюаторы с сосредоточенными резистивными элементами в коаксиальных линиях [58].

Удовлетворительно в аттенюаторах служат резистивные пленки; они могут принимать вид поглощающей металлической фольги [56], бакелитовых полосок, покрытых графитом, или металлизированных стеклянных пластин. Использование металлов в виде очень тонких пленок с точно выдержанной толщиной и с защитным изолирующим покрытием делает аттенюаторы нечувствительными к атмосферным влияниям, придает им электрическую и механическую стабильность и обеспечивает низкий температурный коэффициент затухания. Стекло используется в качестве основания (опоры) при нанесении пленки, так как оно имеет высокую температуру плавления, гладкую поверхность, малые диэлектрические потери, химически инертно, кроме того, негигроскопично, не подвержено короблению и изменению формы. Обычно на стекло напыляется пленка из нихрома или хрома до получения нужного значения поверхностного сопротивления, например 50—1000 ом на квадрат. Затем наносится защитная пленка из фтористого магния.

При Другом методе на стекло наносится металлизирующий раствор платины и палладия, затем стекло подвергают обжигу, пока органические вещества не разложатся, а образовавшаяся металлическая пленка не вплавится в поверхность. На такие поглощающие элементы не действуют самые суровые климатические условия: например, 84 дня тропических циклов между 20 и 35° С при 95% относительной влажности и 2000 час при температуре окружающей среды 100° С. В поглощающих элементах обычно применяются настолько тонкие пленки, что точным указателем их ослабляющего действия на сверхвысоких частотах может служить величина их сопротивления по постоянному тойу. Эти методы дают высокую степень воспроизводимости в условиях массового производства. Резистивные пластины помещают в такой области линии передачи, где электрическое поле велико; длину их и поверхностное сопротивление подбирают так, чтобы получить необходимое затухание.

Аттенюатор, за которым следует короткозамкнутая цепь, дает удобную и эффективную эквивалентную нагрузку или согласованную нагрузку для линии передачи [145]. Для хорошего согласования сопротивлений необходимо, чтобы на входе аттенюатора и короткозамыкателя коэффициент отражения был бы малым. Например, для вносимых в линию потерь 30 дб при распространении энергии в одном направлении КСВН должен составлять около 1,002; чтобы не нарушить такое хорошее согласование, требуется согласующий конический переход размером в несколько длин волн. На практике желательно, чтобы значение коэффициента отражения было небольшим в возможно более широкой полосе частот. Этого можно достичь, используя диссипативные неоднородные линии передачи [64, 138], однако чаще применяются диэлектрики с потерями и резистивные пленки.

Согласованная нагрузка для коаксиальной линии [233] была создана смешиванием смолы типа Марко (Marco resin) с утроенным по весу количеством порошка карбонильного железа. Общая длина

устройства была узел был согласован с линией, заполненной воздухом, имеющей волновое сопротивление 71 ом, с КСВН, меньшим 1,02, в диапазоне частот Нижний частотный предел может быть значительно снижен при использовании [319] в качестве внутреннего проводника однородной коаксиальной линии цилиндрической резистивной пленки. Однако на частоте длина нагрузки составляет всего один сантиметр, поэтому номинальная рассеиваемая мощность невелика.

В улучшенной конструкции [124] используется внешний проводник с критическими размерами, профиль его выполнен в форме трактрисы; экспериментальная нагрузка в 24,3 ом имела длину и импеданс ее отличался от результата измерения по постоянному току всего на и обладал чрезвычайно малым фазовым углом на всех частотах, вплоть до наивысшей измеренной частоты, а именно В нагрузке, предназначенной для рассеяния мощности, размеры резистивной пленки выбирались таким образом, чтобы обеспечить равномерное рассеяние. Сопротивление с золотой пленкой имело диаметр 0,5 см и длину около погружение его в четыреххлористый углерод позволяло довести величину рассеиваемой мощности до 6 вт/см. Входное сопротивление равнялось 75 ом, и в диапазоне частот от до был менее 1,05.

Волноводные нагрузки [168, 236] существуют в различных формах. В нагрузках для низких и умеренных мощностей применяются резистивные пластины [46, 275], в то время как для высоких мощностей [9, 132] используют металлокерамику, в состав которой входит тонкий порошок железа [46]; для увеличения уровня рассеиваемой мощности иногда применяют теплоотводы в виде охлаждающих ребер. В прецизионных нагрузках часто используют металлизированные стеклянные пластинки; на рис. 4.12, а показаны образцы волноводных нагрузок, коэффициент отражения напряжения которых в 12% полосе частот с центральной частотой 10 или не превосходит 0,001. Очень короткая согласующая нагрузка, показанная на рис. 4.12, б, состоит из металлической пленки с точным значением поверхностного сопротивления, помещенной поперек оси волновода, который оканчивается четвертьволновой коротдозамкнутой секцией. Поглощающие нагрузки могут также быть укорочены путем гофрировки стенок волновода [356, 360].

Введение некоторых видов настроек [275] позволяет получить совершенное согласование в узкой полосе частот. Подвижная нагрузка для прямоугольного волновода [117] дала КСВН порядка гораздо большие пределы регулировки могут быть получены с помощью трансформатора с двумя диэлектрическими вставками [99]. Нагрузка, описанная Битти в [28], скользит внутри прямоугольного волновода и состоит из короткозамыкателя, к которому прикреплена полоска из поглощающего материала, поддерживаемая диэлектрическим стержнем, который может поворачиваться и скользить относительно короткозамыкателя. Фаза

коэффициента отражения от полоски может быть изменена путем ее перемещения, а величина коэффициента отражения — путем поворота полоски. С помощью независимой настройки по этим двум положениям можно получить полное согласование, в то же время когда полоска расположена перпендикулярно электрическому полю, происходит полное отражение.

Рис. 4.12. Согласованные нагрузки в волноводе: а — для рабочей частоты волновод сечением для рабочей частоты волновод сечением

Оперируя настройкой устройства, можно получить в линии любой нужный коэффициент отражения. Устройства другого рода основаны на гибридных Т-образных соединениях [367].