3 РОЗВ’ЯЗАННЯ ЗАВДАННя №3

1. Принципова схема досліджуваного хвилеводного пристрою зображена на рис.3.4.

Рис. 3.4 – Принципова схема хвилеводного пристрою



2. Коротко опишемо призначення і принцип роботи вузлів даного пристрою.



Рис. 3.5 – Пристрій збудження



РПДП (радіопередавальний пристрій). Для збудження електромагнітних коливань у лінії передачі вводять спеціальні пристрої – пристрої збудження, які мають різноманітну конструкцію, наприклад, модифікація електричного вібратора (рис.3.5). Основні вимоги, які висуваються до пристроїв збудження: а) пристрій має забезпечувати ефективне збудження бажаного типу хвилі; б) коефіцієнт відбиття від входу пристрою збудження має бути мінімальним у потрібній смузі частот; в)пристрій повинен мати електричну міцність, достатню для пропускання необхідної потужності.



Рис. 3.6 – Плавний перехід



ПП (плавний перехід, трансформатор хвиль) 2. Трансформатор хвиль (перехід) необхідний для узгодження активних навантажень різних за розміром хвилеводів 1 і 3. У технічних вимогах до з’єднання ліній вказується деяка робоча смуга частот і задається допустимий рівень неузгодженості у цій смузі. У плавному переході розміри поперечного перерізу змінюються плавно (рис.3.6). Найпростішим прикладом плавного переходу є експоненціальний трансформатор – відрізок нерегулярної лінії передачі, хвильовий опір якої змінюється згідно закону

.

ВФР (вентиль феритовий на ефекті Фарадея) А. Ефектом Фарадея називають явище обертання площі поляризації лінійно поляризованої хвилі при її розповсюдженні у гіротропному середовищі. Вентиль на ефекті Фарадея (рис.3.7,а) складається із відрізка круглого хвилеводу з феритовим стержнем 1, який розташований по вісі, і зовнішнього соленоїду 4, який утворює повздовжнє поле підмагнічення. З обох боків круглий хвилевід закінчується плавними переходами 2 до прямокутних хвилеводів. У переходах паралельно широким стінкам вхідного і вихідного хвилеводів встановлені поглинаючі пластинки 3. Вихідний хвилевід повернутий відносно вхідного на кут45. Падаюча хвиля , яка подається на вхід І, не ослаблюється у поглинаючій пластині і перетворюється у хвилю круглого хвилеводу. Діаметр і довжина феритового стержня та напруженість поля підмагнічення обрані таким чином, що площина поляризації хвилі після проходження зразка фериту обертається на 45 за годинниковою стрілкою і хвиля без завад потрапляє у вихідний хвилевід, вузькі стінки якого виявляються паралельними вектору (рис.3.7,б). Для зменшення відбиття кінці феритового стержня і поглинаючих пластинок мають скоси. Відбита хвиля , яка потрапляє на вхід ІІ (рис.3.7,в), без послаблення перетворюється у хвилю Equation.DSMT4 HYPER14HYPER15 круглого хвилеводу. Після проходження феритового зразка площина поляризації обертається за годинниковою стрілкою на 45. На виході ділянки з феритом вектор виявляється паралельним широким стінкам хвилеводу на вході І і поглинаючій пластині 3. На вхід І відбита хвиля не проходить, і вся потужність, яка переноситься нею, розсіюється у поглинаючій пластині. Таким чином, пристрій характеризується властивостями вентиля.



Рис.3.7 – Вентиль феритовий на ефекті Фарадея



ЩМ (щілинний міст) Історично першим хвилеводним мостом з'явився подвійний хвилеводний трійник. Подвійні трійники продовжують з успіхом використовуватися до теперішнього часу, особливо у вимірювальній техніці надвисоких частот.

Простий подвійний трійник має істотний недолік, що полягає в тому, що його вхідний опір з боку будь-якого плеча не рівний еквівалентному опору лінії навіть у разі, коли у всій решті плечей трійника включені узгоджені навантаження. Тому хвилеводні мости, вживані при точних вимірюваннях, містять пристрої, які забезпечують узгодження трійника з боку будь-якого' плеча. Як пристрої, що погоджують, використовуються діафрагми або штирі, що розташовуються у області розгалуження, а також ступінчасті хвилеводні чвертьхвильові трансформатори. Розв'язка протилежних плечей в реальних конструкціях узгоджених подвійних трійників може складати 35-50 дб при KСB не більше 1,2 в смузі частот близько 10% від середньої частоти.

Недоліком простих і особливо узгоджених подвійних трійників є знижена електрична міцність. Застосовувати такі трійники при великих потужностях звичайно не вдається.



Рисунок 3.6 Хвилеводні мостові з'єднання

а - кільцевий міст; б - щілинний міст із зв'язком через вузьку стінку хвилеводу; в - щілинний міст із зв'язком через широку стінку хвилеводу

Інші типи хвилеводних мостів, що володіють властивостями, схожими з властивостями подвійних трійників, показані схематично на рис. 3.6. Нумерація плечей мостів відповідає по сенсу нумерації, вказаної для подвійного трійника. Хвилеводний міст, зображений на рис. 3.6,а, має згорнутий в кільце прямокутний хвилевід, довжина якого уподовж осі складає 3/2 В.. До цього хвилеводу в площині Е включені чотири бічні відгалуження. Відстані між відгалуженнями підібрані з урахуванням властивостей Е-трійників так, щоб енергія, що поступає з боку будь-якого плеча, ділилася порівну між двома сусідніми плечима і не поступала в протилежне плече.

Розглянемо для прикладу випадок, коли генератор включений в кільцевий міст з боку плеча 1. Дві хвилі, що приходять по кільцю в плече 2, мають зрушення фаз на і, отже, відгалуження енергії в це плече не відбувається. При цьому в площині симетрії плеча 2 є мінімум стоячої хвилі струму. Отже, в площині симетрії плечей 3 і 4 існує максимум високочастотного струму. Енергія ділиться між вказаними плечима. Неважко показати, що для узгодження кільцевого моста з боку будь-якого з плечей досить вибрати еквівалентний опір кільцевого хвилеводу в раз менше еквівалентного опору Zэ бічних хвилеводів (див. рис. 3.6,а).

Недоліками кільцевого моста є незручність компоновки балансних схем і великі габарити відповідних пристроїв. Значно зручнішими з цієї точки зору є хвилеводні мости з щілинними зв'язками, зображені на рис. 3.6,б,в. Ці мости мають велику схожість з щілинними направленими відгалужувачами. По суті, не тільки подвійний трійник, але і кожен хвилеводний міст є направленим відгалужувачем з перехідним ослабленням, рівним в точності 3 дб. У разі мостів, зображених на рис. 3.6,б,в, необхідне перехідне ослаблення забезпечується відповідним підбором розмірів щілин зв'язку.

Важливою особливістю щілинних мостів є той факт, що хвилі, що пройшли з плеча 1 в плечі 3 і 4, мають постійну різницю фаз, рівну. Для підтвердження цього можна використовувати метод синфазних і протифаз хвиль.



РА (рупорна антена) С. На дециметрових і більш коротких хвилях широке розповсюдження знаходять рупорні антени. Перевагами рупорних антен є простота і непогані діапазонні властивості. Самостійно рупорні антени найчастіше використовуються у вимірювальних установках. Крім того, рупори використовуються для опромінення дзеркальних і лінзових антен, а також у конструкціях антен інших типів, наприклад імпедансних. У якості рупорних антен можна використовувати відкритий кінець хвилеводу, -секторіальний, -секторіальний, пірамідальний (рис.3.9) і конічний рупори. Так як фазова швидкість хвилі поблизу розкриву рупора наближається до швидкості світла, то різко зменшується відбиття хвилі від випромінюючої поверхні розкриву.



Рис. 3.9 – Рупорна антена



ДВ – детекторна вимірювальна секція з мілівольтметром, ККД 80%;



ПН (поглинаюче навантаження) D. До числа найбільш розповсюджених елементів трактів належать узгоджені навантаження, призначені для поглинання потужності, яка передається по лінії передачі. Узгоджені навантаження використовуються також в якості еквівалентів антен при настроюванні передавальної апаратури й у вигляді міри опору у вимірювальних пристроях НВЧ. Основною характеристикою узгодженого навантаження є модуль її коефіцієнта відбиття у заданій смузі частот. Важливою характеристикою навантаження є допустима потужність, що поглинається. Способи виконання навантажень залежать від типу лінії передачі, діапазону частот і потужності. Розрізняють зосереджені і розподілені навантаження. Хвилеводні узгоджені навантаження виконуються у вигляді поглинаючих вставок змінного профілю у відрізку короткозамкненого хвилеводу. У малопотужних навантаженнях вставки мають ви