 |
Согласующие четвертьволновые трансформаторы
|
|
|
|
Согласующие четвертьволновые трансформаторы
При переходе от волновода с воздушным заполнением к волноводу, сплошь заполненному диэлектриком, при сочленении волноводов разных сечений, а также при наличии в волноводе неоднородностей, вызывающих значительное рассогласование (КСВ ≥ 10), широко применяются четвертьволновые трансформаторы полных сопротивлений.
Вид четвертьволнового согласующего трансформатора при переходе от незаполненного волновода к волноводу, заполненному диэлектриком с относительной диэлектрической проницаемостью 
, показан на рис. 10, 23, а. Участок перехода длиной 
частично заполнен диэлектриком и имеет волновое сопротивление, равное среднему геометрическому из волновых сопротивлений участков волновода, заполненных и не заполненных диэлектриком:
При сочленении двух волноводов с различными сечениями, имеющих одинаковую ширину 
, но разную высоту 
и 
(рис. 10. 23, б) или одинаковую высоту , но разную ширину и 
(рис. 10. 23, в), размеры соответствующих четвертьволновых согласующих трансформаторов могут быть приближенно найдены с учетом соотношений (10. 8) и (10. 9):
В случае сопротивления нагрузки, значительно отличающегося от волнового сопротивления волновода, может быть использован трансформатор полных сопротивлений с двумя кварцевыми втулками (рис. 10. 23, г), коэффициент трансформации которого достигает 15.
При переходе волны из воздуха в диэлектрик в волноводе изменяются волновое сопротивление 
, и длина волны. В случае волн типа H изменение волнового сопротивления можно подсчитать по формуле
|
|
|
В таком втулочном трансформаторе имеются два механических привода. С помощью одного из них можно менять расстояние между втулками 
, т. е. о величину коэффициента трансформации; с помощью второго обе втулки одновременно перемещаются вдоль волновода, т. е. меняется место включения трансформатора в линию. Наибольший коэффициент трансформации получается при 
.
Четвертьволновые трансформаторы являются узкополосными согласующими устройствами. Наибольшей широкополосностью обладают плавные перехода ( 
) параметры которых изменяются по
a)
Рис. 10. 23. Согласующие трансформаторы в волноводе: а - при переходе от воздуха к диэлектрику в волноводе; б, в - при различной высоте b и ширине a стыкуемых волноводов; г - трансформатор полных сопротивлении с кварцевыми втулками
экспоненциальному или линейному закону (рис. 10. 24, а-в).
Промежуточное положение по ширине полосы пропускания занимают ступенчатые трансформаторы, состоящие из нескольких четвертьволновых участков (рис. 10. 24, г), расчет которых осуществляется аналогично расчету трансформаторов на длинных линиях (см. гл. 3).
Рис. 10. 24. Плавные клиновидные и ступенчатые переходы в волноводах: а - соединяемые волноводы имеют различные размеры поперечного сечения; б, в - переходы между участками волновода с воздушным и сплошным диэлектрическим заполнением; г - ступенчатый согласующий трансформатор
§ 10. 6. СОЕДИНЕНИЯ ВОЛНОВОДОВ
Детали волноводных линий передачи обычно изготовляются отдельно. Для соединения всех необходимых элементов в единый волноводный тракт служат соединительные устройства - волноводные соединители.
Необходимо, чтобы волноводные соединители не нарушали однородности тракта и имели хороший контакт. От их качества зависят такие важнейшие характеристики устройства, как рабочий диапазон воля, электрическая прочность и потери энергии.
|
|
|
На практике используют два основных типа соединений: контактное и дроссельно-фланцевое.
Контактное соединение может быть постоянным и разъемным. Постоянное соединение волноводов осуществляется с помощью внешних муфт, надеваемых на место соединения с последующей пропайкой (рис. 10. 25, а).
Разъемные соединения выполняются из гладких фланцев 2, припаиваемых к концам волноводов (рис. 10. 25, б). Направляющие штифты 3 обеспечивают при этом необходимую точность установки волноводов. Фланцы имеют отверстия, через которые с помощью болтов 4 осуществляется стягивание соединения. Для хорошего электрического контакта соединяемые поверхности должны быть тщательно обработаны.
К недостаткам таких соединений относятся деформация поверхности фланцев при частой разработке тракта, приводящая к нарушению контакта и просачиванию мощности, а также трудность обеспечения необходимых допусков при массовом изготовлении. Поэтому чаще применяются контактные фланцевые соединения, в которых электрический контакт осуществляется с помощью пружинящих лепестков плоской бронзовой прокладки, расположенных по внутреннему периметру поперечного сечения волновода (рис. 10. 25, в). Герметизация соединения осуществляется одной резиновой прокладкой.
Дроссельно-Фланцевое соединение (рис, 10. 26, а) отличается от контактного наличием кольцевой канавки во фланце (глубина d, ширина y ) и выточки в виде диска (ширина z, диаметр 2 l +b ). В продольном сечении волновода канавка и выточка образуют длинную линию, короткозамкнутую на конце, замыкающую разрыв между секциями волновода. Длина линии d + l в плоскости сечения
Рис. 10. 25. Соединения волноводов: а- постоянное контактное; б- разъемное с гладкими фланцами; в- контактное фланцевое с пружинящей бронзовой прокладкой; 1- припой; 2-гладкий фланец; 3- направляющий штифт; 4- болт; 5- контактная прокладка; 6- резиновая прокладка
равна 
. Поэтому для продольных токов, на пути которых включена линия, ее входное сопротивление практически равно нулю. Следует отметить, что это сопротивление остается малым и в том случае, если качество контакта несколько ухудшится, так как место непосредственного (гальванического) контакта отнесено в узел тока замыкающей линии. С этой целью глубина кольцевой канавки берется равной примерно 
(точнее, не , а 
, где 
-длина волны типа 
в кольцевой канавке), как в коаксиальном волноводе (рис. 10. 26, б); но так как 
величина большая, то 
.
|
|
|
Рисунок 10. 26. Дроссельно-фланцевое соединение волноводов; а-конструктивная схема; б-структура электрического поля в дроссельном соединении
Диапазонность дроссельного соединения увеличивается, если соблюдается соотношение размеров у> z, где- у -ширина канавки, а z - ширина выточки. Обычно у≃ 2 ÷ 5 z.
Кольцевая форма канавки выбирается по технологическим соображениям. Дроссельное соединение, в частности, может быть наполнено в виде не сплошной круговой или наклонной канавки (рис. 10. 27, а, б), так как на узких стенках волновода нет продольных токов и необходимость обеспечивать действие дросселя вдоль этих стенок отпадает.
Рис. 10. 27. Различные формы канавок дроссельных соединений: а-не сплошная круговая; б-не сплошная наклонная; в-прямая
Дроссельное соединение с прямой канавкой обладает удовлетворительными характеристиками, однако отличается большой трудоемкостью в производстве (рис. 10. 27, в).
|
|
|
