Главная > СВЧ, ультразвук, аккустика > Техника сверхвысоких частот. Том 2
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

22.4.2. Узлы и методы

Небольшое ослабление волн кругового электрического типа делает их пригодными для передачи энергии на большие расстояния [114, 196, 223, 257, 296, 308, 309]. Волноводы могут быть заполнены инертным газом, так что ослабление, обусловленное наличием влаги и кислорода, будет отсутствовать и дождь, конечно, не будет оказывать влияния на такую защищенную передающую среду. Преимущество работы в более высокочастотном участке сверхвысокочастотного диапазона заключается в том, что на этом участке можно расположить большее количество каналов для передачи сигналов. Использование протяженных линий передачи, волновода с большими диаметрами и определенных видов волн ставит задачу разработки совершенно новых методов изготовления таких узлов [101], как избирательные частотные фильтры, гибридные соединители, аттенюаторы и генераторы видов волн.

Для обеспечения перехода от труб малого диаметра к волноводам, где могут распространяться многие виды волн [173], часто требуются плавные переходные устройства. Их необходимо разрабатывать так, чтобы уровень паразитных волн вида которые возбуждаются при таких переходах [151, 292, 299], был бы возможно более низким. Было разработано несколько типов переходов, но для уменьшения их чрезмерно большой длины нужны специальные конструкции [86, 169, 188]. Например, двухсекционный конический переход обладает лучшими характеристиками по сравнению с простым линейным. Углы обеих секций подбираются так, чтобы коэффициенты преобразования волны вида в волну вида обеих секций были бы одинаковыми, а длины их подбираются так, чтобы разность фаз между двумя составляющими волны вида была бы равна я. В результате этого получается взаимная компенсация составляющих, приводящая к исчезновению волны вида на выходе волновода. Такой метод можно распространить и на произвольное число конических секций [171]. Взаимной компенсации также можно добиться путем использования переходных устройств, состоящих из большего числа секций [172]. Если в случае двух секций диаметр промежуточного волновода сделать равным среднему геометрическому диаметров соединяемых волноводов, а длину его

выбрать равной половине длины волны биений волн видов то волна вида на выход волновода проходить не будет.

При обычном использовании круговых электрических волн требуются эффективные переходные устройства от обычных прямоугольных волноводов, в которых распространяются волны вида к круглым. Такой переход можно обеспечить [5] путем возбуждения волны вида в коаксиальной линии, внутренний провод которой конусно расширяют, образуя круглый волновод.

Рис. 22.11. Возбудитель волны вида в круглом волноводе. В месте ввода прямоугольного волновода в резонансную камеру возбуждается волна вида Камера связана с выходным волноводом посредством пластинки со щелями. (См. [168].)

При постепенном преобразовании прямоугольного волновода сначала в- секторную форму, а затем в настоящую трубу круглого сечения обеспечивается хорошая полоса пропускания.

Другой метод основан на использовании четырех прямоугольных волноводов, рассчитанных на пропускание волны вида которые изготавливаются путем последовательного двукратного деления первоначального волновода на две части в плоскости Н. Через полученные таким образом четыре волновода осуществляется симметричное питание волновода круглого сечения. Последнее можно выполнить или посредством введения концов питающих волноводов в торцовую стенку круглого волновода, или расположением их радиально по цилиндрической стенке.

На рис. 22.11 показано экспериментальное переходное устройство на частоту [168]. Существенным в данной схеме является наличие резонансной полости между плунжером Р, который гофрирован для устранения паразитного перехода полезной волны в волну вида и пластиной с вырезами Данную резонансную полость можно с помощью пластины настраивать в резонанс на волну вида Диаметр волновода равен полость возбуждается посредством последовательно соединенных Т-образных соединений волноводов с резонатором, вырезанных в прямоугольном волноводе.

Благодаря Т-образным соединениям возбуждение волн в щелях происходит в противофазе, в результате чего составляющие электрического поля, наведенные в полости, совпадают с составляющими электрического поля волны Резонансная полость связана с главным волноводом такого же диаметра посредством фильтрующей пластины. Радиальные щели последней пропускают поля только такой конфигурации, электрические силовые линии которых перпендикулярны осям щелей. На выходе такого переходного устройства появляются колебания, в которых энергия волн вида составляет 99%. Впрочем, предельная чистота колебаний определяется в основном механическим совершенством устройства. Некоторые другие разработанные переходные устройства описаны в работах [243, 249, 258].

Возбуждение может осуществляться посредством направленных ответвителей [71, 115, 143, 241], элементы связи в которых могут быть расположены таким образом, чтобы обеспечить, если это требуется, полную передачу энергии. Преобразователь [135] с возбуждением в центре состоит из решетки эллиптических щелей, расположенных вдоль оси круглого волновода, которые связываются с прямоугольным волноводом посредством аксиального магнитного поля. Такая конструкция обеспечивает возбуждение волн только вида В пределах области связи волновод выполнен в виде двух полукруглых частей; эти части далее переходят в полный круглый волновод с помощью плавного разветвления. Типичная величина вносимых потерь равна приблизительно 0,5 дб в полосе частот расположенной симметрично относительно Устройство ввода энергии сигнала [98] состоит из прямоугольного волновода, свернутого в кольцо, причем его узкая стенка совпадает с цилиндрической стенкой круглого волновода. В этой стенке через равные интервалы пробиваются отверстия соответствующей формы, ориентация которых чередуется. Узкая внешняя стенка срезается для подсоединения входного волновода, причем одна из его стенок входит в основное волноводное кольцо, образуя оконечное короткое замыкание. У экспериментального образца для частоты потери на центральной частоте равны 1,5 дб.

Другие конструкции [238, 246, 247] основаны на использовании круговых электрических гибридных соединений и резонансных полостей. Совместное включение большого количества таких устройств ввода сигналов каналов облегчается путем применения полосовых расщепляющих фильтров [220].

Высокочастотные поля в круглых волноводах можно исследовать методом соответствующих проб. Один такой прибор, выполненный в виде вращающегося анализатора и индикатора стоячей волны [43], основан на исследовании магнитного поля в небольшом отверстии на периферии волновода или электрического поля с помощью небольшой антенны. Визуальная индикация электрического поля может быть получена [5, 43] при использовании мощного источника импульсов с помощью контейнера с газом, находящимся под низким

давлением. Если этот контейнер заполнить неоном или гелием и установить в нем давление 30 мм рт. ст., то при наличии электрических колебаний определенного типа в контейнере появляется серия дискретных видимых ионизационных кругов, концентрических с волноводом и расположенных по длине на интервалах, равных половине длины волны колебаний в волноводе. Методы возмущения также дают информацию о составляющих поля.

В состав прибора, применяемого на частоте 35 Ггц [9], входит вращающийся диполь, который может двигаться по любому радиусу по периферии круглого волновода диаметром 3,44 см. Такое устройство позволяет проводить измерение электрического поля по всей поперечной плоскости волновода. Из полученной информации можно обнаружить и опознать колебания всех имеющихся в волноводе видов волн. Энергию, заключенную в колебаниях паразитных видов волн, при условии ее относительной малости, можно определить [97] путем измерения зависимости коэффициента стоячей волны преобразователя от положения короткозамкнутого поршня в круглом волноводе. Зная полученные таким образом составляющие полей при резонансах поглощения, а также их форму и расположение в пространстве, можно обеспечить различение видов волн и подсчитать их энергию.

Для исследования практических характеристик волноводов необходимо произвести измерения затухания, искажения задержки, а также потерь в изгибах, появляющихся при преобразовании видов волн и отражении. Метод с использованием резонансных камер является полезным для оценки таких характеристик. Исследуемый волновод устанавливается в такое положение, при котором он образует боковую сторону резонатора. При коротких секциях линии точность измерения может достигать 10%. Добротность аппаратуры [82, 195], работающей на частотах может быть определена посредством генератора с качающейся частотой, питающего резонансную камеру при исследовании резонанса. Отклик испытуемой системы наблюдается на экране осциллоскопа, и по появляющейся на экране частотной характеристике можно измерить ширину полосы пропускания. Значение добротности обычно лежит в пределах порядка 1-106, и если длина резонансных камер равна 1—2 м, при различении нужной кривой необходимо быть очень внимательным. Ширину полосы пропускания около резонансной частоты удобно измерять [91] с помощью калиброванного частотного дискриминатора, в котором используется коротко-замкнутая волноводная линия задержки.

Характеристики волноводов также можно измерить импульсными методами [12, 13]. Необходимость обеспечения высокой разрешающей способности привела к созданию [14] аппаратуры для генерирования, приема и индикации импульсов длительностью порядка 5 нсек. Блок-схема типовой аппаратуры для измерения характеристик волноводов [122] представлена на рис. 22.12, а. Эталонный волновод диаметром 12,7 см характеризуется затуханием,

равным на частоте На вход линии подаются импульсы длительностью 0,1 мксек с интервалом следования 300 мксек. Линия длиной была замкнута накоротко, за исключением слабо связанных концевых вводов и выводов. Осциллограф с линейной разверткой длительностью в несколько микросекунд снабжен схемой переменной задержки, обеспечивающей возможность наблюдения импульсов, принятых через выбранное число периодов следования.

Рис. 22.12. Импульсные измерения колебаний вида в круглом волноводе: а — блок-схема измерений; б и в — осциллограммы видов колебаний, снятые без фильтров и с фильтрами; время распространения волны в волноводе от начала до конца и обратно. (См. [122].)

На рис. 22.12, б представлено изображение на экране осциллоскопа в интервале времени, следующем непосредственно за импульсом передатчика. Отражения от дальнего конца волновода наблюдаются через интервал равный времени распространения импульса до конца волновода и обратно. Первый импульс из группы наблюдаемых представляет импульс вида волны, обладающей наибольшей групповой скоростью, а последующие — импульсы видов волн, обладающих меньшими групповыми скоростями. С момента времени начинает наблюдаться другая серия импульсов и т. д. После того как волна в результате многократных отражений пройдет по волноводу около остающаяся в линии энергия в основном будет заключена в волне вида При этом импульс все еще совпадает по форме с импульсом передатчика, хотя шум становится ясно видимым. Улучшение, достигаемое путем использования фильтров, настроенных на определенные виды волн, можно заметить при рассмотрении рис. 22.12, в.

С помощью такой импульсной аппаратуры было произведено [93] измерение затухания прямых волноводов длиной 30—60 м на частоте 52—58 Ггц. Затухание волноводов диаметром 1,11 и 2,22 см оказалось равным соответственно 0,17 и 0,017 дб/м. Затухание

прямых отрезков медных и алюминиевых волноводов диаметром от 2,28 до 6,8 см, изготовленных в соответствии с заводскими допусками на трубы, оказалось на частоте всего на 30% выше теоретического. Однако на такой частоте для обеспечения малых потерь при преобразованиях видов волн было признано необходимым [81] изготавливать волноводы диаметром 7 см с точностью Эти и другие эксперименты [31, 158, 182, 294], проведенные на частотах явились свидетельством очень хороших характеристик специальных волноводов в отношении затухания и искажений.

ЛИТЕРАТУРА

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление