Файл: Семенов Н.А. Техническая электродинамика учеб. пособие для электротехн. ин-тов связи.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 09.04.2024

Просмотров: 210

Скачиваний: 3

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

r=xQ2, где к=0,13-=-0;23. Поэтому, например, разбивка поворота на три излома, у которых коэффициенты отражения меняются по биномиальному закону (01=26,3°; 02 = 37,4°; 0з=26,3°), позволяет получить хорошее согласование в 10-лроцент.ной полосе частот. Аналогичный метод применим к плавному оовороту: скачки в изменении кривизны от 0 до 1/R и обратно, разбиваются на несколько скачков меньшей величины, выбранных по оптимальному закону.

Для изменения плоскости поляризации применяют скрутку волновода по оси (рис. 13.9). Если при выпол­ нении скрутки волновод не деформируется, удовлетво­ рительные результаты полу­ чаются при длине скрутки, большей 2 Л. Как и при изги­ бе, желательна длина скрут­

ки, кратная полуволне.

Р.)С. 13.9

13.5. Реактивные элементы

ВОЛНОВОДНЫЕ ДИАФРАГМЫ

Д и а ф р а г м о й называется тонкая металлическая пластинка в по­ перечной плоскости волновода, перекрывающая часть его сечения.

Диафрагмы являются

реактивными элементами, так

как почти не

вносят дополнительных

активных потерь, но создают

значительное

местное поле за счет

возбуждения нераспространяющихся волн.

Поэтому они служат в качестзе отражающих элементов для согла­ сования волноводов и полноводных устройств, в фильтрах свч и т. п.

Рассмотрим параметры основных типов диафрагм в прямоуголь­

ном волноводе при одномодовом

режиме.

 

 

Е м к о с т н а я д и а ф р а г м а

(рис.

13.10) имеет

кромка, па­

раллельные широкой стенке волновода.

Дифракция

набегающей

mm

Е5

а

X

Симметричная

Несимметричная

Рис. 13.10

волны на диафрагме приводит к появлению реактивного поля, в ко­ тором преобладает электрическая составляющая. Это объясняется тем, что в сечении диафрагмы высота волновода меньше, чем в его регулярной части, и напряженность электрического поля соответ­ ственно выше. Здесь нарушается баланс между электрической и

магнитной энергиями, существующий в бегущей волне; часть Элек­ трам ашитного поля волны (преобразуется в реактивное электриче­ ское поле диафрагмы. Поэтому на эквивалентной схеме диафрагма представлена емкостной (положительной) реактивной проводи­ мостью. Ее нормированное значение, полученное аналитически:

Ьл

=

In fcosec - і і . • cosec ^

I

(13.10)

 

 

Л

\

2b

b

)

 

где г/о — расстояние

оси диафрагмы от нижней

стенки. Д л я сим­

метричной диафрагмы уо=Ь/2

и cosec (пуо/b)

= 1.

 

Между диафрагмой и широкими стенками волновода

необходим

хороший электрический

контакт,

так как продольные токи с этих

стенок переходят на диафрагму.

При плохом

контакте

вносятся

дополнительные потери. Емкостные диафрагмы применяются срав­ нительно редко, так как они уменьшают допустимую мощность, пе­ редаваемую по волноводу, создавая условия для возникновения пробоя в сечении диафрагмы.

И н д у к т и в н а я д и а ф р а г м а (рис. 13.11) имеет щель, па­ раллельную узким стенкам волновода. Падающее на диафрагму электромагнитное поле создает в ней значительные токи, парал-

Симметричная Несимметричная

Рис. 13.11

лельные ее кромкам. Вследствие этого в реактивном поле преоб­ ладает магнитная составляющая, что эквивалентно включению в сечение диафрагмы шунтирующей индуктивности. Качество кон­ такта с боковыми стенками несущественно и уменьшение мощности пробоя незначительно. Поэтому такие диафрагмы получили боль­ шее распространение; часто используются несимметричные диа­ фрагмы в виде пластины с одной стороны волновода. Нормирован­ ная проводимость эквивалентного диафрагме индуктивного шунта:

b,=— — ctg2

— f 1 + sec2

— c t g 2

^ | ,

(13.11)

a

2a \

2a

a J

 

где Xo — расстояние оси диафрагмы от узкой стенки волновода. Дл я

симметричной диафрагмы х0=а/2

и выражение в

скобках

(13.11)

равно единице.

 

 

 

 

 

 

Формулы (13.10) и

(13.11) получены теоретически

для тонких

диафрагм

(<і<Л)

при некоторых

упрощающих

предположениях

(обзор литературы

см. в [36]). С увеличением толщины

диафрагмы

возрастает и ее реактивность. :В первом приближении

толщину d

диафрагмы

учитывают

заменой

в расчетных

формулах

s на

(s—d). В [35] приведена серия графиков, позволяющих

рассчитать

реактивность диафрагм при различной их толщине.

 

Р е з о н а н с н о е о к н о

(рис. 13.12) образуется при

наложении

емкостной и индуктивной

диафрагм, оно эквивалентно

параллель-

Вакуумплотное ото

Рис. 13.12

ному контуру. На определенной частоте наступает резонанс, т. е. равенство электрической и магнитной реактивных энергий; волна беспрепятственно проходит через окно. Резонансные окна с при­ паянной диэлектрической пластиной образуют перегородку, необ­ ходимую для отделения вакуумной части в приборах свч. Вакуумноплотный спай образуется, например, между ков аром и стеклом ЗС-9, имеющим малые потери на свч [20].

Размеры окна для резонанса на данной частоте fo приближенно определяются из условия согласования основной волны; при этом

считается,

что одновременно достигается

равновесие в

реактивных

полях высших волн. Будем считать, что окно заполнено

диэлектри­

ком е. Из ф-лы (13.8), приравняв характеристические

сопротивле­

ния волновода и диафрагмы, получим

 

 

 

Ьд XQ

 

b XQ

 

 

ая Ve — (Я0/2 а„)2

~ а / 1 — (Я0 /2а)2

 

Отсюда

необходимо,

чтобы

а^Уе>Ло/2; резонансная частота

диафрагмы определяется

выражением:

 

 

 

/0 = - L -

= J - Л/

5—2~ •

(13.12)

Нагруженная добротность диафрагмы пропорциональна ее нор­ мированным проводимостям be =—bL, т. е. отношению реактивной проводимости к активной характеристической проводимости волноводного.тракта. С уменьшением отверстия диафрагмы добротность возрастает, не превышая обычно значений порядка Q H = Ю, так как энергия реактивного электромагнитного поля диафрагмы относи­ тельно невелика.

РЕАКТИВНЫЕ ШТЫРИ И СТЕРЖНИ

О д и н о ч н ы й м е т а л л и ч е с к и й

ш т ы р ь , погруженный в

волновод и соединенный

с его стенкой

(рис. 13.13), создает значи­

тельное реактивное поле

за счет токов

проводимости, наведенных

в нем набегающей волной. Активной мощности он почти не погло­ щает.

В какой-то мере он эквивалентен линии с волной ТЕМ, замкну­ той с одной стороны и разомкнутой с другой. У основания штыря ток и окружающее его магнитное поле максимальны. Электрическое реактивное поле имеет наибольшие значения у конца штыря. Экви­ валентная схема штыря представляет собой последовательное вклю-

Рнс. 13.13

 

 

 

 

 

 

чение

емкости

и

индуктивности. При длине

штыря / 0 ~ А / 4

Насту­

пает

резонанс

и

его реактивная

проводимость (если не

учитывать

потери) становится бесконечной. Толстые штыри с d/a>0,l

имеют

резонансную длину k на 10-^-30% короче, чем А/4.

 

 

Штыри с 1<1о имеют емкостную проводимость, так как в их

реактивном поле

преобладает

электрическая

энергия.

Штыри с

/>/о возбуждают преимущественно магнитное поле и эквивалентны шунтирующей индуктивности.

Эквивалентная реактивная проводимость штыря максимальна, когда он находится на оси волновода (хо=0) в максимуме попереч­ ного поля, и при перемещении его в поперечной плоскости изме­ няется по закону sin2 (ях0/а), т. е. соответствует изменению мощно­ сти волны, возбужденной излучающим штырем в волноводе [ф-ла (9.63)]. Другими словами, она пропорциональна квадрату напря­ женности электрического поля основной волны в том месте, где

находится штырь.

 

 

 

 

 

 

В

предельном

случае

стержень соединяет

обе широкие

стенки

(l = b)

и его индуктивная

проводимость

 

 

 

 

Ьш = —

fcosec2 ^- In f J i - c o s ^ l

- 2 Г 1 .

(13.13)

 

a

(

a

L nd

a \

J

 

Формулы и графики для расчета реактивных штырей приведе­

ны в [23], [36].

 

 

 

 

 

 

СТЕРЖНЕВЫЕ ДИАФРАГМЫ

В волноводных резонаторах и фильтрах широко применяются ин­ дуктивные диафрагмы, состоящие из нескольких равноотстоящих

металлических стержней

в поперечной плоскости волновода

(рис. 13.14). Реактивная

проводимость

диафрагмы увеличивается

с ростом числа стержней и их диаметра.

Эта проводимость не рав-

Смотрите также файлы