Устройства РВК (стр. 6 из 13)
Скрученные секции предназначены для поворота плоскости поляризации волны в волноводе. Плавно скрученная секция прямоугольного волновода с волной Н10 показана на рисунке 8.2. Длина L скрученного отрезка волновода выбирается равной L > 2λв (1+ 0,25n) (n = 0, 1, 2, …).
Рисунке 8.2. - Конструкция скрученной секции прямоугольного волновода
8.2.2 Конструкция и размеры типовых контактных фланцевых соединений
Различают три основных вида соединения волноводов: неразъемные, разъемные для редкой и частой разборки. Соединения характеризуются следующими основными электрическими параметрами: величиной КСВН, коэффициентом электрогерметичности, дБ, Nг = 10lg(P0/Pизл) и коэффициентом вносимых потерь α = 10lg(Pпот/P0 ) (Р0 – мощность в месте соединения; Ризл – мощность паразитного излучения через соединение; Рпот – активные потери из-за несовершенства конструкции и ошибок монтажа).
Разъемные соединения прямоугольных волноводов осуществляются при помощи фланцев двух основных типов: контактных и дроссельных.
Контактные соединения просты по конструкции, широкополосны, требуют высокой точности изготовления, обладают низкой надежностью при многократных переборках тракта; электрогерметичность и вносимые потери сильно зависят от размера зазора между фланцами. Повышение электрогерметичности достигается использованием тонких контактных прокладок из бериллиевой бронзы БрБ2Т. Конструктивные размеры контактных прокладок и контактных фланцев даны на рисунке 8.3, а рекомендуемые посадки для установочных элементов представлены в таблице 8.3. Для герметизации соединений используются прокладки из резины ИРП-1267 или резиновой смеси ИРП-1354.
Рисунке 8.3 – Конструкция и размеры типовых контактных фланцевых соединений (а) и соответствующих им контактных прокладок (б)
Таблица 8.3 – Рекомендуемые посадки для установочных элементов фланцевых соединений прямоугольных волноводов для конструкций серийного производства
| Виды соединений | Посадки |
| Штифтовые (для двух установочных штифтов) | Н9/b8 |
| Винтовые:для 2-, 4-установочных винтовдля многорядного соединения | Н9/b11Н13/b12 или Н13/b11 |
| Болтовые:для установочных болтовдля 2-, 4-установочных болтовдля многорядного соединения | Н9/b11Н9/b11Н13/b12 или Н13/b11 |
8.2.3 Волноводное разветвление
Двойной Т-образный мост (рисунок 8.4) состоит из совмещенных Е- (плечи А, Б, В) и Н- (плечи А, В, Г) тройников. Мощность, поступающая в волновод Б, делится поровну между волноводами А и В и не попадает в волновод Г; аналогично, мощность из плеча Г делится пополам между волноводами А и В и не попадает в плечо Б. Плечи Г и Б оказываются развязанными (величина развязки > 40 дБ), что позволяет, например, к плечу Г подключить приёмную антенну, к плечу Б – Г гетеродин, к плечам А и В – детекторы. Для согласования плеч двойного Т-образного моста применяются индуктивный штырь в плече Б и ёмкостный – в плече Г.
Рисунок 8.4 - Двойной Т-образный мост
8.2.4 Волноводные согласованные поглощающие нагрузки
Волноводные согласованные поглощающие нагрузки предназначены для поглощения СВЧ энергии и обеспечивают при минимальном уровне КСВН в заданном диапазоне частот рассеяние определенного уровня мощности – от низкого (до 10 кВт) или высокого. Конструктивно выполняются в виде короткозамкнутого на одном конце отрезка волновода с расположенным внутри поглощающим элементом. Различают согласованные нагрузки с поверхностным и объемным поглощающими сопротивлениями из специального поглощающего материала, называемого ферроэпоксидом. Эти нагрузки отличаются малыми габаритами, простотой конструкции и изготовления, низким значением КСВ и широкополосностью (рисунок 8.5).
Рисунок 8.5 – Волноводные поглощающие клинья сантиметровых и миллиметровых волн из ферроэпоксида:
а – расположение одно- и двуэкспоненциального клина в волноводе (разрез в плоскости Е); б – размеры клина, используемые при расчете экспоненциального профиля
Основными компонентами ферроэпоксида являются карбонильное железо и эпоксидная смола, используемые в весовом соотношении 5:1. Он механически обрабатывается подобно пластмассам, а также может отливаться в формы сложной конфигурации. Интервал рабочих температур от –60 до +150 °С. Малая длина поглощающего клина при низком КСВ достигается благодаря использованию экспоненциального профиля клина в Е-плоскости. Экспериментальные исследования показали, что на сантиметровых волнах при использовании стандартных сечений волноводов для получения ρнаг < 1,1 необходимо применять клинья с двуэкспоненциальным профилем, а в волноводах пониженной высоты, у которых размер b меньше стандартного в два и более раз, а также в волноводах миллиметрового диапазона можно ограничиться одноэкспоненциальпым профилем, что технологически проще. Следует учитывать, что ферроэпоксид довольно хрупок.
Расчет экспоненциального профиля клина h(l) при заданной его длине l0 (рисунок 8.5, б) производится по формуле экспоненты h = n(eγl −1) , где n – коэффициент, а γ определяется заданными значениями l0 и h0:
.(8.4)Для одноэкспоненциального клина h0 = b, для двуэкспоненциального h0 = b/2. Коэффициент n, имеющий размерность длины, определяет величину «прогиба» экспоненты. Графический анализ влияния его величины на форму экспоненциального профиля, измерение КСВ двух клиньев одинаковых размеров, отличающихся значениями n (0,5 и 1), и соображения технологичности изготовления привели к выводу о целесообразности выбора n = 1. Это значение n используется на практике во всех случаях. При креплении поглощающего клина в волноводе (приклеиванием эпоксидной смолой или другим способом) необходимо следить за тем, чтобы острие одноэкспоненциального клина плотно прилегало к широкой стенке волновода, а линия острия двуэкспоненциального клина проходила через середины узких стенок волновода. При этих условиях получаются минимальные КСВ.
8.3 Расчет направленного ответвителя
Направленным ответвителем называется четырехплечее устройство, состоящее из двух отрезков линии передачи, между которыми с помощью «элементов связи» или области связи осуществляется направленная передача электромагнитной энергии. Линия, из которой исходит энергия, называется основной или первичной; линия в которую поступает энергия – дополнительной или вторичной. Термин «направленная передача энергии» означает, что если в основной линии передачи распространяется бегущая волна определенного направления, то во вторичной линии будет возбуждаться тоже бегущая волна, распространяющаяся от области связи только в одном определенном направлении. В идеальном случае, в противоположном направлении от области связи во вторичной линии волна вообще не распространяется. Если в основной линии передачи изменить направление движения бегущей волны, то во вторичной линии направление движения ответвленной волны также изменится на обратное. Таким образом, НО является «взаимным » устройством (рисунок 8.6).
а)
б)
в)Рисунок 8.6 – Изображение НО на принципиальных электрических схемах (а); направление движения энергии в основной и вторичной линиях передачи (б, в)
Основными параметрами НО являются направленность (D), переходное ослабление (С), входной КСВ, допустимая рабочая мощность Pmax и широкополосность ответвителя, которая определяется рабочим диапазоном частот Δf= f2 - f1, в пределах которого параметры НО не выходят за допустимые значения.
Переходным ослаблением называется логарифмическая мера отношения мощности бегущей (падающей) волны на входе основной линии передачи (P1) к ответвленной мощности на выходе вторичной линии перед (P3) при условии, что остальные плечи НО (2 и 4) нагружены на согласованные нагрузки:
, (8.5)где
.Собственной направленностью называется логарифмическая мера отношения мощностей, выходящих из плеч вторичной линии передачи (3 и 2, рис.4. б), при условии, что основная линия передачи (плечо 4) нагружена на согласованную нагрузку и в ней существует бегущая волна. Таким образом:
, (8.6)