 |
§ 10. 7. Волноводные переходы, изгибы, скрутки
|
|
|
|
§ 10. 7. ВОЛНОВОДНЫЕ ПЕРЕХОДЫ, ИЗГИБЫ, СКРУТКИ
При конструировании волноводных трактов приходится применять различные волноводные переходы, изгибы и скрутки. Такие волноводные секции нарушают однородность тракта и могут явиться причиной заметных рассогласований.
Переходные элементы в волноводах
В § 10. 5 в связи с рассмотрением согласующих устройств были показаны различные (плавные и ступенчатые) переходы в прямоугольных волноводах, имеющих разные размеры поперечного сечения и работающих на одном и том же основном типе волны.
В случае перехода от прямоугольного волновода с волной 
к круглому волноводу с волной 
, т. е. c изменением типа колебаний, используются как плавные и ступенчатые продольные переходы, так и переходы под прямым углом (рис. 10. 28).
Рис. 10. 28 Переход от прямоугольного волновода к круглому: а- плавный переход; б-ступенчатый переход с согласующим трансформатором; в-переход с продольной щелью в круглом волноводе; г-переход с двумя продольными щелями в круглом волноводе
В первом случае (рис. 10. 28, а) переход осуществляется путем постепенной деформации поперечного сечения волновода от прямоугольного к круглому. При длине перехода больше длины волны параметры волновода. изменяются плавно, что обеспечивает согласованна в полосе частот. Если требуется обеспечить минимальные размеры перехода, то вместо плавного используют компактный, но более узкополосные переходы с согласующим четвертьволновым трансформаторов (рис. 10. 28, б).
Сочленение прямоугольного волновода с круглым под прямым углом для возбуждения в нем волны основного типа HII показано на рис. 10. 28, в. Если в таком переходе подвести к круглому волноводу два взаимно перпендикулярных прямоугольных волновода со сдвигом фазы полей на 900 (рис. 10. 28, г), то в круглом волноводе возникает волна 
с круговой поляризацией.
|
|
|
В практическом применении наиболее важными переходами под прямым углом являются перехода от прямоугольного к круглому волноводу, в котором распространяется один из высших типов колебаний: 
или 
- аксиально симметричные волны. К таким переходам, используемым при построении вращающихся сочленений радиолокационных станций, предъявляются следующие требования:
1) обеспечение заданной полосы пропускания по согласованию и содержанию волн нежелательных типов (HII);
2) пропускание заданной мощности.
На рис. 10. 29, а приведен пример наиболее простого перехода от прямоугольного волновода с волной 
к круглому волноводу с волной . Возможность возбуждения в круглом волноводе волны объясняется наличием в месте перехода составляющей электрического поля, параллельной продольной оси круглого волновода. Однако кроме волны в круглом волноводе достаточно интенсивно возбуждается волна , низшая по отношению к волне . Ее процентное содержание по мощности достигает примерно одного процента, что не является удовлетворительным для ответственных волноводных трактов. Поэтому для обеспечения большей чистоты волны типа т. е. фильтрации нежелательного типа волны , в таких переходах применяют короткозамкнутые шлейфы (гасящие объемы) (рис. 10. 29, б). Как видно из рисунка, волны, идущие влево и вправо по круглому волноводу от места возбуждения, в силу специфики перехода оказываются в противофазе. Поэтому, если длину шлейфа l выбрать так, чтобы на ней одновременно укладывалось целое число полуволн волны типа и нечетное число четвертей волны , то в направлении распространения в круглом волноводе прямые и отраженные от шлейфа волны складываются в фазе, а волны - в противофазе, что обеспечивает минимум возбуждения волны .
|
|
|
Рис. 10. 29. Возбуждение волны в круглом волноводе: а - простой переход с металлической вставкой для подавления волны ; б - переход с короткозамкнутыми шлейфами; в - переход с резонансным металлическим кольцом в круглом волноводе; г, д - картина силовых линий электрического поля волн типа и вблизи кольца; I - прямоугольный волновод; 2, 3 - круглые волноводы; 4 - короткозамкнутый шлейф; 5 – кольцо
Для уменьшения габаритов гасящего объема обычно требуется удовлетворить следующие условия:
; 
Отсюда можно получить уравнение для определения диаметра D' гасящего объема:
или 
,
где 
=1, 71D' и 
=1, 305 D'. Определив таким образом диаметр D', по любому из уравнений (10. 10) можно найти длину гасящего объема Ɩ .
Более компактным и в то же время более широкополосным переходом к волне является переход с резонансным металлическим кольцом в качестве устройства для фильтрации волны (рис. 10. 29, в). Такое кольцо не препятствует распространению волны , так как линии электрического поля волны перпендикулярны кольцу (рис. 10. 29, г). Вместе с тем электрическое поле волны имеет составляющие электрического поля, касательные кольцу (рис. 10. 29, д). Поле конструируется возле кольца, вызывая емкостную проводимость волновода в этом сечении. За счет индуктированных на кольце зарядов появляется ток, порождающий магнитное поле и индуктивную проводимость. Подбором длины кольца 
и размеров его поперечного сечения можно добиться равенства указанных проводимостей для волны , а это означает резонансное поглощение данной волны в месте расположения кольца. Кольцо крепится с помощью диэлектрической шайбы или металлических стержней, оси которых должны быть перпендикулярны вектору Ē волны .
ЛИТЕРАТУРА
1. Марков Г. Т. Антенны. Госэнергоиздат, 1960.
2. Кочержевский Г. Н. Антенно-фидерные устройства. Связьиздат, 1972.
3. Айзенберг Г. З. Антенны ультракоротких волн. Связьиздат, 1957.
4. Драбкин А. Л., Зузенко В. Л, Кислов А. Г. Антенно-фидерные устройства. " Советское радио", 1974.
5. Антенны и устройства СВЧ. Под. ред. Д. И. Воскресенского. " Ссветское радио", 1972.
|
|
|
6. Айзенберг Г. З. Коротковолновые антенны. Связьиздат, 1962.
7. Сазонов Д. М., Гридин А. Н. Техника СВЧ. МЭИ, 1970.
8. Фельд Я. Н. Бененсон Л. С., Антенны сантиметровых и дециметровых волн. Ч. 1. ВВИА, 1959.
9. Лавров А. С., Резников Г. Б. Антенно-фидерные устройства. " Советское радио", 1974.
10. Фельдштейн А. Л. Справочник по элементам волноводной техники, " Советское радио", 1967.
11. Ковалев М. С. Теория и расчет полосковых волноводов. Минск, " Наука и техника", 1967.
12. Сканирующие антенные системы СВЧ. Ч. 2. Под. ред. Г. Т. Маркова и А. Ф. Чаплина. " Советское радио", 1969.
13. Фрадин А. З., Рыжков К. В. Измерение параметров антенно-фидерных устройств. Связьиздат, 1972.
14. Белоруссов Н. И., Гродшев И. М. Радиочастотные кабели. " Энергия", 1973.
15. Попереченко Б. А. Антенно-фидерные устройства. Ч. 1 и 2. МЭИ, 1961
[1]Симметричный вибратор излучает сферические волны, о чем свидетельствует множитель 
в выражении (5. 6). Поэтому геометрический и фазовый центры вибратора совпадают.
[2] В этих случаях предполагается, что элементарные источники, образующие непрерывную антенную систему, направленными свойствами не обладают.
[3] Подробно методику расчета антенных решеток с различными законами амплитудного распределения см.: Антенн и устройства СВЧ. Под ред. Д. И. Воскресенского. " Советское радио", 1972.
[4] См: Справочник по волноводам. Под. ред. Я. Н. Фельда. " Советское радио", 1952
|
|
|
