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: 205

Скачиваний: 3

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

нию основной волны Z ^ = Е /Н , позволяет получить коэффи­

циент отражения порядка 5%.

Для поглощения мощности высокого уровня используются ат­ тенюаторы и нагрузки из металлокерамики, в состав которых вхо­ дит тонкий порошок железа. Хороший теплоотвод обеспечивается! аттенюаторами в виде волноводных секций с высоким поверхност­ ным сопротивлением стенок. Для улучшения охлаждения наружныестенки волновода делаются ребристыми, окрашиваются в черный цвет. Используется также принудительное охлаждение струей воз­

духа или циркулирующей

водой.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПОЛЯРИЗАЦИИ

Ч е т в е р т ь в о л н о в а я

п л а с т и н а . Продольная диэлектричес­

кая пластина с малыми потерями в круглом волноводе с волной

типа НЦ (рис. 13.20) создает фазовый

сдвиг

Д-ф для волны,

поля­

ризованной параллельно

(£ц ец) плоскости пластины по сравнению'

с волной, поляризованной перпендикулярной ей

(Ё±е±)-

 

Его величину можно рассчитать, пользуясь методом возмуще­

ний. Если Е±

 

ej. опережает £ц е л

на

четверть

длины

волны, то-

Аф = 90°,

и

пластина

 

называется

 

 

 

 

 

четвертьволновой.

 

Рассмотрим

дей­

 

 

 

 

 

ствие

такой

пластины

 

на волну

с

 

 

 

 

 

произвольной

 

поляризацией,

кото­

 

 

 

 

 

рую

(на входе поляризатора)

пред­

 

 

 

 

 

ставим в виде суммы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Е в х

=

£цец — £ |

Є Х .

 

(13.16)

 

 

 

 

 

На его выходе, помимо одинако­

 

 

 

 

 

вого для обеих волн фазового сдви­

 

 

 

 

 

га, который здесь не выписывается,

 

 

 

 

 

следует учесть опережающую на 90°

 

 

 

 

 

 

 

 

 

з і19 0

° = і . Тогда

 

 

 

 

 

 

 

фазу волны ех : е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

£||Єц іЕ±ех.

 

(13.17)

 

 

 

 

 

Рассмотрим

важнейшие частные

Рис. 13.20

 

 

 

случаи:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. На входе четвертьволновой пластины волна линейно поля ­

ризована

по оси^х; пластина повернута к этой

оси на угол <р. Сле­

довательно, EBX=Exex

 

= Ex(cos<реїї—sin

ереj_). Согласно

ф-ле (13.17)-

на выходе поляризатора

ЁВ ых=£'зс (cos фе ц —і sin сре±) •

 

 

Пусть

ф = 45°, тогда

на выходе

Ё В ы х = (ExjY2)

(e| ( —ie^) полу­

чается волна

с правой круговой поляризацией

 

(см. параграф 3.8).

Если

ф = —45°,

то

 

Ё в ы х =

(Ex/]/r2)

(е {]

+ i е ± )

представляет

собой

волну

с левой

круговой

поляризацией. При других значениях ф

на выходе получается волна с эллиптической поляризацией,

вырож­

дающейся в линейную при ф = 0 ° и 90°.

 

 

 

 

 

 

 

2. На

входе

пластины

волна

с правой

круговой поляризацией

Е в х = і ; о ( Є | | — i e L

) , тогда

по ф-ле

(13.17) волна на

выходе

Е в

ы х =

= .Ео(Є||

 

оказывается линейно

поляризованной

под углом

45°

к

плоскости

пластины

(по оси у

при ф = 45° на рис. 13.20). Волна

с

леврй

круговой поляризацией Евх=Ё0(ец

+ i е х )

на выходе

ока­

зывается

поляризованной

под утлом

(—45°) к плоскости

пластины

(по оси

х):

Е В Ь І Х = £ ' о ( Є || — е х ) . Таким

образом,

четвертьволновая

пластина

служит

преобразователем

вида

поляризации

волны

в

вол­

новоде.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

П о л у в о л н о в а я

п л а с т и н а

имеет

в два

раза

большую

длину чем четвертьволновая, так что в результате волна

е±

опере­

жает волну ЄЦ на Л/2

(Дгр = 180°). Вместо

ф-лы (13.17)

для. волны

на выходе запишем:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Е и в = £цеІ і +

£ і е х .

 

 

 

(13.18)

 

Легко установить важнейшие свойства такой пластины:

 

 

 

1. Волна,

которая

на входе поляризатора поляризована

по кру­

гу, меняет на его выходе направление вращения на обратное И,

кроме

постоянного

фазового сдвига,

получает

дополнительный

сдвиг на 2ф, зависящий

от положения

пластины.

 

 

2

Волна с линейной поляризацией

Е = Ехех

поворачивается на

выходе пластины на угол 2ф, где ф — угол поворота

плоокости

пла­

стины относительно оси х.

 

 

 

 

П р е ц и з и о н н ы й

ф а з о в р а щ а т е л ь состоит из трех

поля­

ризующих пластин

(рис. 13.21а), помещенных

в круглый волновод.

'Поляризация ПОЛНЫ на-Входе

Рис. 13.21

Фаза волны .на его выходе точно соответствует углу поворота q> (от оси х) центральной полуволновой пластины. Неподвижные четвертьволновые пластины повернуты на угол <pi = —45° к оси х, вдоль которой поляризованы входящая и выходящая волны. Рас­ смотрим работу этого фазовращателя, не учитывая постоянного фа­ зового сдвига, определяемого его полной длиной. На его вход по­

дается волна

Е1 = £ 0 е ж .

Волна на выходе четвертьволновой пласти­

ны (см. следствие ф-лы

(13.17)]: Ё 2 = (Ё0/ Y~2) (е^ + i е •£) имеет ле­

вую круговую

поляризацию. Здесь

орты е^ и е ^ соответственно

параллельны

и перпендикулярны

плоскостям четвертьволновых

пластин А и С. Запишем эту же волну в координатах, связанных с подвижной полуволновой пластиной В, т. е. через орты е^ n e j повернутые относительно первоначальных на угол 45°+ср (рис. 13.216). Поворот к новым координатам совершается против на­ правления вращения волны, поэтому в новых координатах фаза волны с круговой поляризацией больше, чем в старых, на вели­ чину, равную углу поворота: Е 2 = (£о/У2) (ев + і е^)е'(45°+ч>>. Полу­ волновая пластина в соответствии с ф-лами (13.16) и (13.18) пре­ образует волну с левой круговой поляризацией в волну с правой поляризацией, меняя знак перед слагаемым, содержащим ej 5 , на

обратный: Ё 3 = (£0 /]/"2) (е^-—і е | ) е ' 1 4 5 +

ф ) . Далее следует перейти

к координатам, связанным с пластиной

С, повернутой относительно

пластины В на угол 45°+ф против направления вращения

волны

(оно сменилось на обратное). Этот переход снова приводит

к та­

кому же приращению фазы. Ё 3 = (Ё0/У2)

(е^—і е ^ ) е ' 2 ( 4 5 ° + ф ) .

Волна

проходит

четвертьволновую пластину

С и в соответствии с ф-лами

(13.16),

(13.17) преобразуется к

виду: E4=(£'o/V^2) ( е | +

+ е^)е1 9 0 °е і 2 < р = і £ 0 е ж е і 2 ( р . Она становится линейно поляризованной вдоль первоначальной оси х и приобретает регулируемый фазовый сдвиг, равный двойному углу поворота пластины В. Такой фазо­ вращатель является эталонным, не требующим градуировки.

13.7. Фильтры типов волн

Для разделения либо избирательного подавления волн использу­ ются структурные отличия электромагнитных полей волн разных типов. Фильтрующие волноводы (см. параграф 9.7)" являются при­ мером протяженных фильтров такого рода. На рис. 11.15 показан цилиндрический резонатор с кольцевой щелью, подавляющий неже­ лательные типы колебаний.

 

Здесь изучаются устройства, которые фильтруют волны в за­

висимости от структуры поля в поперечном сечении

волновода.

Проводящие пластинки или решетки отражают волны,

электричес­

кое

поле которых имеет составляющую, касательную к проводам,

так

как при этом в последних возникают токи. Волна

почти бес-

•препятственно проходит решетку, проводники которой всюду нор­

мальны электрическому полю. Поэтому радиальный

фильтр

в круг­

лом волноводе (рис. 13.22а) отражает волны типов

Ни, Е0І

и Ей,

но пропускает волну типа #oi, электрическое поле которой имеет

единственную составляющую

Е^.

 

 

 

Кольцевой

фильтр

(рис. 13.226) отражает волны типов Нц и #oi.

Д л я волны

типа Ни

кольцо с периметром

(1,1 -4-1,2)

К является

(ре­

зонансной системой, полностью отражающей волну.

Для этой

вол­

ны оно эквивалентно

двум

полукольцам

длиной

fa К/2 каждое,

V

Рис. 13.22

т. е. полуволновым резонаторам, разомкнутым на концах. С увели­ чением толщины кольца возрастает ширина частотной полосы филь­ тра для волны Нц и отношение периметра к резонансной длине волны, однако растет и отражение пропускаемых фильтром волн. Кольцо пропускает волну типа Е0і, у которой Е^ = 0 ; малый коэф­ фициент отражения этой волны определяется, прежде всего, малой площадью кольца в поперечном сечении волновода. Кольцо кре­ пится на тонкой пленке либо пластине из пенопласта, которые не

 

вызывают дополнительно­

 

го

отражения.

 

 

 

 

Тонкая

металлическая

I

пластина

в диаметраль­

 

ной

плоскости

волновода

\

(рис. 13.22в) является по-

;||

ляризационным

фильтром

)

для

волн

типа

Нц.

Ма­

 

лый коэффициент

отраже­

 

ния для волны с Ех , пер­

 

пендикулярным

ее

плос­

 

кости, обеспечивается ма­

 

лостью d. Для волны с па­

 

раллельным

Ец

 

пластина

 

создает два

запредельных

Гис. 13.23

полукруглых

волновода;

при

достаточной

длине

346

пластины / эта волна полностью отражается и на выходе

Ец = 0 .

На рис. 13.23 показан разделительный поляризационный

фильтр^

используемый в радиорелейных трактах [25]. На вход / этого

филь­

тра поступают волны типа Я ц с вертикальной Ев

и горизонтальной.

Ег поляризациями. Волна Ев

проходит в плечо 3

мимо металличе­

ской пластины П. В начале

плеча 2 помещены

несколько

парал­

лельных треугольных пластин Т, создающих запредельные волно­ воды для волны Ев; одновременно их нижние грани образуют путь для продольных токов этой волны, направленной в плечо 3. Волна: Ег отражается от пластины П и полностью проходит в плечо 2, тре­ угольные пластины Г для нее не являются препятствием, так как их плоскость нормальна Ег . Для лучшего согласования плеч здесь предусмотрены индуктивный стержень С и индуктивная диафрагма Д. С их помощью добиваются отсутствия отражений в каждом из. плечей для волны соответствующей поляризации.

13.8. Отверстия связи

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ И МАГНИТНАЯ ПОЛЯРИЗУЕМОСТИ ОТВЕРСТИЙ

Связь между двумя волноводами или волноводом и резонатором' может осуществляться с помощью отверстия, прорезанного в об­ щей стенке между ними. Через отверстие проникают одновременнокак электрическое, так и магнитное поля, поэтому отверстие яв­ ляется сложным возбудителем, эквивалентным суперпозиции элек­ трических и магнитных сторонних токов.

У металлической стенки S волновода или резонатора существует

только

нормальная

составляющая электрического поля Еп

и

тан­

генциальные составляющие магнитного поля; назовем их НхХ

и # т 2

для

двух взаимно

перпендикулярных

направлений. Если

размеры

отверстия

малы (меньше,

чем Я/2я),

то утечка волны через

него

относительно

невелика.

 

 

 

 

Тогда

структура

поля в

 

 

 

 

волноводе

А

меняется

 

 

 

 

лишь в

непосредственной

 

 

 

 

близости

от

отверстия

 

 

 

 

(рис.

13.24).

Искажение

 

 

 

 

поля

 

м'алым

отверстием

 

 

 

 

можно рассчитать метода­

 

 

 

 

ми статических

и стацио­

 

 

 

 

нарных

полей.

 

 

 

 

 

 

 

Проникновение

 

маг­

 

 

 

 

нитного поля через

отвер­

 

 

 

 

стие

(рис.

13.24а)

сопро­

 

 

 

 

вождается

сгущением

ли­

 

 

 

 

ний

поверхностного

тока

 

 

 

 

у краев отверстия

и

час-

.Рис. 13.24

 

 

 

Смотрите также файлы