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

на сумме bm, вычисленных для одиночного штыря [ф-ла (13.13)], так как сильное взаимодействие .между созданными ими полями не позволяет рассматривать стержни диафрагмы независимо. Тео­ ретические формулы и графики для расчета эквивалентной прово­ димости стержневых диафрагм имеются в ([25] и [35]. В качестве

примера один из таких графиков для нормированной проводимости трехстержневой диафрагмы приведен на рис. 13.14.

Во избежание непосредственного взаимодействия между двумя близлежа­ щими диафрагмами необходимо, чтобы реактивное поле диафрагмы быстро умень­ шалось по длине .волновода. В соответствия с ф-лой (9.67) коэффициент ослаб­ ления этого поля пропорционален /кр соответствующей нераспространяющейся волны. Важно поэтому, чтобы диафрагма не возбуждала типов волн с малыми индексами я относительно низкой критической частотой.

Покажем, что ближайшей возбуждаемой волной для диафрагмы с р равно­ отстоящими стержнями является #(2р+і)о. Действительно, основная волна типа

оси у. Из сравнения эпюр поля ряда волн типа Нт о видно, что одиночный стер­ жень на оси волновода возбудит все волны с нечетными т (первая из них типа Язо). Волны, с четными индексами имеют антисимметричное поле Е я не возбуж­ даются при любом числе стержней. При двух стержнях первой возбуждается волна типа Я 5 0 , при трех— волна типа #70 и т. д.

КОРОТКОЗАМЫКАЮЩИЕ ПОРШНИ

В том случае, если длину короткозамкнутого отрезка линии или волновода нужно регулировать, на их конце устанавливают пор­ шень. Он должен отражать всю падающую на него волну. Поршни

применяются для настройки объемных и коаксиальных резонато­ ров, согласования возбудителей и т. п.

Основные требования к поршню; минимальные потери в контак­ тах, не изменяющиеся при его перемещении; отсутствие искрения в контактах; стабильность работы во времени и при изменении тем­ пературы; постоянство положения плоскости. отражения волны

(плоскости короткого замыкания) относительно поршня.

Простейший контактный поршень в виде поперечной металли­ ческой пластины, соответствующей по форме и размерам попереч­ ному сечению волновода, не удовлетворяет поставленным требо­ ваниям даже при изготовлении с весьма жесткими допусками.

Лучше работает поршень с упругими контактными лепестками (рис. 13.16а). Точка контакта перенесена на расстояние Л/4 от плоскости короткого замыкания (К) в узел тока стоячей волны.

в)

Soma

Рис. 13.16

Недостатки этого поршня: непостоянство сопротивления контакта при перемещении поршня, постепенное изнашивание контактных лепестков, искрение при большой мощности.

Чаще применяют дроссельные поршни (рис. 13.166), в которых контакт перенесен на расстояние (А./4) за плоскость К. Небольшая часть падающей волны проникает в узкие зазоры между поршнем и наружной стенкой (рассматриваемые как ленточные линии) и отражается от конца лабиринта длиной К/2, что обеспечивает ее синфазность с волной, отраженной от самого поршня. Электричес­ кий контакт находится в узле тока, и его качество поэтому не очень существенно.

На рис. 13.16s показан бесконтактный поршень в коаксиальной линии, действие которого основано на принципе трансформации сопротивлений. Характеристическое сопротивление линии за сече­

между стенкой и поршнем образуется тонкой пленкой окисла на поршне, например оксидной пленкой на алюминии толщиной около 10'М'км. Тогда, с учетом обоих коаксиальных зазоров, характеристи­ ческое сопротивление на участке KM Z c i = l Ом, сопротивление в се­ чении КК Z B X = 0,013OM И коэффициент отражения на расчетной частоте Гж0,99965. Пленка окисла выдерживает напряжение по­ рядка 1—2к:В, поэтому использование такого поршня в контурах триодных генераторов и усилителей свч дает возможность подавать разные постоянные потенциалы на электроды лампы.

Трансформирующий поршень (рис. 13.16г) имеет три участка с разными характеристическими сопротивлениями. Легко рассчитать входное сопротивление такого поршня: ^ в х =

Z2cXZyZ2c2ZCb Очевидно, малыми должны быть Z c i и Zc 3 , а Z c 2 и ZC4, наоборот, желательно сделать большими.

Хорошо выполненные поршни обеспечивают коэффициент отра­ жения более 99% и даже 99,9%. Недостаток всех описанных порш­ ней— зависимость модуля и фазы коэффициента отражения от ча­ стоты. Обычно полоса частот, где дроссельные поршни работают удовлетворительно, не превышает 104-20 %.

13.6. Неотражающие устройства

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ФАЗОВРАЩАТЕЛЬ

Имеются устройства, которые преобразуют определенным образом параметры проходящей волны, обладая в то же время малым ко­

13.18в). С этой же целью поддерживающие диэлектрические стер­ жни (ДС) располагают на расстоянии Л/4 друг от друга. Благо­ даря малым отражениям работу этих устройств, можно проанали­

лируемой разности фаз волны между его входом и выходом.

Рассмотрим фазовращатель, состоящий из продольной диэлек­ трической пластины с малыми потерями (фторопласт, кварц), рас­ положенной параллельно линиям электрического поля в волноводе (рис. 13.17) и уменьшающей фазовую скорость волны. Используем основную формулу метода возмущений (13.7), считая потери в-

Полагая, что эта составляющая не меняется также при внесении

с учетом d<Ca приводит к формуле для разности фазовых коэффи­ циентов:

Р — Ро = СО ( е а — Є0 ) - ^ 5 - Sin2 %Х0 =

наибольшее замедление волны находясь посередине волновода. Фа­ зовый сдвиг в описанном фазовращателе зависит, прежде всего, от положения пластинки Хо, но меняется также с частотой, так как в (13.14) входит множитель к/УК=2то$Цс Т/А1 — (/кр//)2 ]. На длине I фаза изменяется на угол Дг|з = (р—$о)1-

ПОГЛОЩАЮЩИЙ АТТЕНЮАТОР

Аттенюатор служит для уменьшения мощности волны в опреде­ ленном отношении. В поглощающем аттенюаторе избыток мощно­ сти поглощается и превращается в тепло. Это свойство отличает его от запредельного аттенюатора (параграф 9.9), в котором не­ прошедшая часть волны отражается.

Д ля создания поглощения в тракте применяется пластина из поглощающего материала с комплексной диэлектрической прони­ цаемостью є = є ( 1 — і tg б) и д.= 1. Тогда у = а + і|3 и Yo = і Во (неиз­ менные потери в стенках волновода не учитываем). По ф-ле (13.7) находим:

a + і (Р - Ро) = ~j (є - 1 - і є tg б) є0 J Е0 • Ё dS.

Д s

Мнимая часть этого выражения вычислена в (13.14). Опреде­

нюаторе ослабление должно регулироваться. В аттенюаторе с бо­ бковым движением пластинки, как показано на рис. 13.17, изменяет­ ся х0. В ножевом аттенюаторе пластину вводят внутрь волновода через продольную ,щель на оси широкой стенки, здесь меняется высота вводимой пластины, т. е. AS в ф-ле (13.15). Недостатком обеих конструкций является изменение фазового сдвига при регу­ лировке величины затухания.

ОКОНЕЧНЫЕ НАГРУЗКИ

Д л я полного поглощения распространяющейся по волноводу волны служат оконечные нагрузки. Нагрузкой может служить аттенюа­ тор, закороченный с одного конца (рис. 13.19а). Суммарное зату­ хание волны на пути до замкну­ того конца и обратно равно 2 а/; его величина может быть выбра­ на любой. Важно также макси­ мально уменьшить отражение от

входа в нагрузку.

На рис. 13.196 показана пре­ цизионная нагрузка с использо­ ванием металлизированных стек­ лянных пластин, которая дает коэффициент отражения менее 0,1% в 12-процентной полосе час­ тот (при 1>2А). Пластины вво­ дятся постепенно от стенок к оси волновода; кроме того, преду­ смотрен четвертьволновый сдвиг между их концами.

Поперечная пластина (рис. 13.19а) с тонкой металлической пленкой и точным значением по­ верхностного сопротивления Rs, равным волновому сопротивле-