Устройства СВЧ (стр. 3 из 4)

Высокочастотное соединители для жестких коаксиальных, волноводов на повышенный уровень мощности выполняют без опорных диэлектрических шайб. Эскиз возможной конструкции коаксиального соединителя для жесткой коаксиальной линии показан на рис. 7, б. Во многих случаях высокочастотные соединители для жестких коаксиальных волноводов должны быть герметичными как для защиты внутренних рабочих поверхностей проводника от внешних воздействий, так и для повышения электрической прочности тракта путем создания внутри тракта избыточного давления.

3.1 Соединители волноводных трактов

Соединение отрезков прямоугольных волноводов осуществляют с помощью фланцев двух типов: контактных и дроссельных.

Контактные притертые фланцы требуют тщательной обработки и строгой параллельности соприкасающихся поверхностей и могут обеспечивать высокое качество сочленения, которое, однако, быстро ухудшается при многократных пересборках тракта.

Рис. 7 Высокочастотные коаксиальные соединители:

1 — штыревой контакт 2 — гнездовой контакт; 3 — штыревая втулка; 4 — гнездовая втулка

Рис. 8 Контактный волноводный фланец:

1 — контактная прокладка; 2 — канавки с уплотнителем; 3 — отверстия

для фиксирующих штифтов

Для улучшения качества контакта между фланцами на штифтах помещают бронзовую прокладку, имеющую ряд разведенных пружинящих лепестков, прилегающих к внутреннему периметру поперечного сечения соединяемых волноводов (рис. 8). Защита сочленения от пыли и влаги осуществляется резиновыми уплотнительными кольцами, уложенными в канавках на фланцах по обе стороны от контактной прокладки.

В дроссельном фланце (рис. 9) контакт между волноводами осуществляется через последовательный короткозамкнутый шлейф длиной l_В/2, выполненный в форме канавок и углубления внутри фланца. Четвертьволновой участок между точкой короткого замыкания А и точкой механического контакта В является коаксиальным волноводом с волной типа Н₁₁, а второй четвертьволновый участок между точкой механического контакта В и точкой включения шлейфа в волновод С является отрезком радиальной линии передачи. Точка механического контакта попадает в узел распределения поверхностного тока J и поэтому на сопротивлении контакта r_кне происходит заметного выделения мощности. Виртуальное короткое замыкание между сочленяемыми волноводами в точке С обеспечивается тем, что суммарная длина дроссельных канавок от точки А до точки С составляет l_в/2. Для защиты полости тракта от внешних воздействий применяют уплотнительную прокладку, укладываемую в добавочную концентрическую канавку.

Рис. 9 Дроссельный волноводный фланец: a — эскиз; б — схема замещения

Дроссельные фланцы не критичны к качеству механического контакта и небольшим перекосам в сочленении, не снижают электрической прочности тракта. Их недостатками являются зависимость качества согласования от частоты и сложность конструкции.

4 ПОВОРОТЫ ЛИНИЙ ПЕРЕДАЧИ

Повороты и изгибы линий передачи относятся к числу нерегулярностей, снижающих качество согласования и электропрочность трактов СВЧ. В уголковых изгибах любых линий передачи в той или иной мере возбуждаются поля нераспространяющихся волн высших типов, которым соответствует определенный запас электромагнитной энергии.

Рис. 10 Поворот линий передачи с компенсацией отражений

Для минимизации возникающих из-за этого отражений конструкции изгибов дополняют различными согласующими элементами. Например, изгиб на 90° коаксиального тракта сочетают с четвертьволновым изолятором и дополняют небольшой проточной на внутреннем проводнике линии (рис. 10,а). Подбор расположения размеров проточки, а также правильный выбор длины четвертьволнового изолятора позволяют сохранить хорошее согласование в тракте в широкой полосе частот.

Повороты в полосковой линии передачи согласовывают с помощью «подрезания» внешних углов примерно на одну треть диагонали, соединяющей внутренний и внешний углы поворота (рис. 10, б). Однако такие компенсированные повороты вносят небольшое добавочное запаздывание в линию передачи, которое должно учитываться при расчете электрических длин резонансных отрезков. Подрезание углов оказывается эффективным способом уменьшения отражений также в прямоугольных и круглых волноводах, причем оптимальный размер скоса (рис.10, в) находят с помощью графиков, имеющихся в справочной литературе. Концентрация силовых линий поля Е в области резких изгибов снижает электрическую прочность тракта. Этот недостаток в значительной мере устраняется в двойных поворотах и в плавных изгибах. В двойных поворотах (рис. 10, г) две нерегулярности разносят на расстояние l, примерно равное l_В/4. Улучшение согласования происходит как из-за уменьшения отражений от каждой нерегулярности, так и из-за взаимной компенсации отражений от них.

Плавные изгибы тракта могут быть охарактеризованы схемой замещения в виде отрезка линии передачи с несколько измененным волновым сопротивлением. Для улучшения согласования следует увеличивать радиус изгиба или выбирать длину изгиба, кратной l_В/2.

5 ПЕРЕХОДЫ МЕЖДУ ЛИНИЯМИ ПЕРЕДАЧИ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ

Очень распространенными узлами СВЧ - трактов являются переходы с одной линии передачи на другую, которые также называют возбудителями волны заданного типа. По схеме замещения переходы являются взаимными реактивными четырехполюсниками, и в их проектировании основное внимание уделяется достижению Хорошего качества согласования входов в полосе частот при обеспечении необходимой электрической прочности. Рассмотрим ряд характерных конструкций переходов.

Возбуждение прямоугольного волновода с волной типа H₁₀ от коаксиального волновода с Т-волной производится с помощью коаксиально-волноводных переходов (рис.11).

Основным элементом таких переходов являются обтекаемые электрическим током штыри, размещаемые в короткозамкнутом с одной стороны волноводе параллельно силовым линиям поля Е.

В зондовом переходе (рис.11, а) согласование входов обеспечивается изменением длины зонда l₃, а также подбором расстояний l и х, определяющих, положение зонда. Для расширения полосы частот согласования желательно увеличивать диаметр зонда d. При тщательном выполнении зондовый переход обеспечивает полосу частот согласования 15—20 % относительно расчетной частоты при КБВ³О,95. Недостатком зондового перехода является снижение электропрочности из-за концентрации силовых линий поля Е на конце зонда. В определенной мере этот недостаток преодолевается в коаксиально-волноводном переходе с последовательным шлейфом (рис. 11, б), однако даже при самом тщательном подборе расстояний l и l_ш рабочая относительная полоса частот составляет ~7%.

Лучшие результаты по согласованию и электропрочности имеет переход с поперечным стержнем (рис. 11, в), дополненный согласующей индуктивной диафрагмой. В такой конструкции достижима относительная полоса частот согласования ~15%. Максимальных широкополосности (~20% при КБВ³0,95) и электропрочности достигают в коаксиально-волноводных переходах так называемого «пуговичного» типа (рис. 11, г), требующих, однако, тщательного экспериментального подбора формы проводников в сочетании с дополнительной настройкой качества согласования с помощью индуктивной диафрагмы.

Рис. 11 Коаксиально-волноводные переходы:

а — зондовый; б — с коаксиальным шлейфом; в — с поперечным

стержнем; г—пуговичный

Применение коаксиально-волноводных переходов для возбуждения волны Е₁₀ в круглом волноводе показано на рис. 12 на примере вращающёгося сочленения.

Рис. 12 Волноводное вращающееся сочленение с волной типа Е₀₁

Короткие отрезки коаксиального волновода с Т-волной обеспечивают фильтрацию волн высших типов и устраняют возможность возбуждения в круглом волноводе паразитной аксиально-несимметричной волны Н₁₁ (эта волна более низкого типа, чем волна E₀₁). Соединение вращающихся частей круглого волновода осуществляют с помощью коаксиального дросселя длиной lо/2, аналогичного дросселям вращающегося коаксиального сочленения на рис. 7.10.

Возбуждение волны низшего типа Н₁₁ в круглом волноводе возможно с помощью плавного перехода от прямоугольного волновода с постепенной деформацией формы поперечного сечения от прямоугольной к круглой (рис. 13, а).

Рис. 13 Соосные переходы от прямоугольного волновода с волной Н₀₁к круглому волноводу с волной Н₁₁

Если длина такого перехода превышает длину волны, то отражения в широкой полосе частот оказываются незначительными. В более компактном узкополосном переходе, показанном на рис. 13, б, сочленение соосных прямоугольного и круглого волноводов осуществляется через согласующую четвертьволновую вставку с овальной формой поперечного сечения.