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: 175

Скачиваний: 3

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Рис. 15.8

ОТВЕТВИТЕЛИ С ЧЕТВЕРТЬВОЛНОВЫМИ СЕКЦИЯМИ

К о а к с и а л ь н ы й к о л ь ц е в о й м о с т . Кольцевые мосты (гиб­ ридное кольцо) строятся на волноводах и коаксиальных линиях; они состоят из четырех тройниковых разветвлений, соединенных секциями волновода или линии длиной, кратной Л/4. Мосты используют трансформирующие свойства четвертьволновых линий и поэтому чувствительны к изме­ нению частоты.

Кольцевой мост длиной 1,5А, выполненный на секциях коакси­ альных линий, показан на рис. 15.8. Он имеет одну плоскость симметрии А, как и двойной трой­ ник. Прохождению волной каж­ дой четвертьволновой секции со­ ответствует уменьшение ее фазы на 90°. С учетом этого по анало­ гии с (15.9) запишем следующую

матрицу для кольцевого моста при плоскостях отсчета в точках ветвления:

 

 

0

-1

1

 

IS]

 

- 1

о

о

(15.10)

V2

1

о

о

 

 

 

 

о

1

1

 

Докажем справедливость матрицы (15.10). При параллельном соединении линий удобнее оперировать с их характеристическими проводимостями: Ус — дл я всех плеч, Ус к — для кольца. Пусть вол­ на входит в плечо 1. Плечи 4 и / предполагаются развязанными. Режим в узле не изменится, если замкнуть накоротко плечо 4, что приведет к нулевой проводимости в точках 2 и 5 на входе секций

2—4 и 3^4.

Отрезки /—2 и /—3 нагружены на концах проводи­

мостями Ус. Входная

проводимость четвертьволновой секции 1—3

со

стороны

плеча

1

Уі3 ) = У;ік

1^с- Так же преобразует проводимо­

сти

секция

длиной

ЗХ/4: У( ,2 )

= У^к /Ус . Плечо 1 считается согласо­

ванным при условии, что суммарная проводимость в точке ветвле­

ния равна характеристической проводимости плеча:

У\ — У(2)-\-

+ У<1 3 >=2У<2>/ус = ус . Отсюда YCK=YJ У 2. Напряжения

в точках 2

и 3 находятся в противофазе, так как длина пути 1—2 на к/2 боль­ ше, чем пути /—3. В этом случае очевидно, что в середине полу­ волновой секции 2—3 (в сечении 4) находится узел напряжения

независимо от того, замкнута

она или нет. В любом случае волна

в плечо 4 не попадает, U~=0

и 5 4 і = 5 н = 0, т. е. первоначальное

предположение оказалось верным. Аналогично доказывается

спра­

ведливость

остальных элементов матрицы (15.10).

 

В о л н о

в о д н ы й

к о л ь ц е в о й

м о с т (рис. 15.9а)

реали­

зуется на тройниках в плоскости Е, которые при соответствующей настройке эквивалентны последовательному соединению двухпро­ водных линий [ф-ла (15.3)]. В этом случае соотношение, аналогич­ ное полученному для коаксиального кольцевого моста, справедли­ во для характеристического сопротивления кольца Z C K = Z c / j / ^ 2 . Тогда, согласно ф-ле (13.8), при равных а и Л в кольце и плечах, высота волновода кольца ЬК=Ь/У2.

Матрица (15.10) справедлива только для расчетной частоты /0 . На других частотах фазовые соотношения на отрезках кольца, осо-

бенно в секции длиной ЗЛ/4, нару­ шаются. Согласование, развязка плеч, деление мощности ухудшают­ ся при удалении / от /0 . Полоса ча­ стот, в которой параметры кольце­

вого моста

удовлетворительны,

не

превышает

± 1 0 % от

расчетной.

 

В симметричных двухпроводных линиях изменение фазы

на

180° достигается простым перекрещиванием

проводников (скруткой

на 180°). Кольцевой мост на симметричных линиях

(рис. 15.96)

имеет укороченную до Х/4 перекрещенную секцию /—2; благодаря этому он удовлетворительно работает в двухкратном диапазоне частот.

Кольцевой мост используется для сложения равных мощностей двух передатчиков при условии, что их выходные напряжения рав­ ны и синфазны (рис. 15.9в). Если передатчики включены в пле­

чи 1 и 4

Ot=Vt=Uo, то

щ=—\(—0т +0t)lV2 = 0;

Оз =

-i(0t

+ 0Т)іУ2 =—і00

У2. Антенна (А) включается

в пле­

чо 3. Мост обеспечивает также взаимную развязку передатчиков. Плечо 2 заканчивается согласованной нагрузкой Я ; при неболь­ шом нарушении синфазности либо равенства амплитуд Of и Of

414

в это плечо попадает незначительная мощность. При выходе из строя одного из передатчиков мощность оставшегося передатчика делится пополам между антенной и нагрузкой, в результате чего мощность в антенне падает в четыре раза по сравнению с перво­

начальной. Для этого случая в схемах

Л/4

 

передатчиков

предусматривается

воз,-

/ ,

 

можность подключения работающего

 

 

передатчика непосредственно

к антен­

 

Y,

не (в обход моста).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К в а д р а т н ы й

м о с т

и н а п -

"

- -5'

р а в л е н н ы й

о т в е т в и т е л ь .

Свой­

<СА

Yc

ства узла, показанного на рис. 15.10 в

коаксиальном

исполнении,

определи-

^ ;

 

ются выбором характеристических про-

'д

 

ВОДИМОСТЄЙ ЄГО ЧеТВерТЬВОЛНОВЫХ СЄК-

Рис. 15.10

 

ций. В общем

случае эта схема с двумя

 

 

шлейфами является согласованным направленным ответвителем. Если характеристические проводимости противолежащих отрез­

ков одинаковы, узел

симметричен

относительно плоскостей А и

В

и ег о матрица

соответствует (15.6). На длине Я/4 волна

отстает

по

фазе

на

90°:

е - 1 9 0

= — і .

Поэтому значения элементов

матрицы

(15.6)

должны

быть Б = — і cosnp; Д — —sin op:

 

 

 

 

 

о

 

і cos яр

— sin яр

0

 

 

 

IS]

=

— і cos яр

0

0

—sin яр

(15.11)

 

— sin яр

0

0

— і cos яр

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

• sin яр

і cos яр

0

 

 

Найдем связь элементов матрицы с характеристическими проводимостями Ус, YCA, Уев- Пусть волна поступает в плечо /. Пред­ положим в соответствии с (15.11), что плечи 1 и 4 развязаны. Замкнем накоротко плечо 4, что не должно изменить работы узла. Тогда входные проводимости секций 1—4 и 3—4 станут равными нулю и можно исключить их пока из рассмотрения.

Проводимость Ус плеча 3 преобразуется четвертьволновой сек­

цией 3—2

в проводимость

Y'2

= Y2B /Ус

в точке 2. Мощность волны,

распространяющейся из плеча / по секции /—2, согласно

(15.11),

делится в

отношении | Д | 2

/ | £ | 2 = sin2*p/cos2ip = t g ^ . Эта

величина

равна

отношению входных

проводимостей секции

2—3

с плечом

3

и плеча 2,

т. е. \Д\21\Б\2=У'2/YC=Y2CBIY2C.

 

Отсюда

У с В = У<^яр.

 

Нагрузкой

секции /—2

 

является

суммарная

проводимость

в

точке

2:

У 2 =

У c - l - У 2 = У c + У c t g 2 я p = У c S e c 2 я p = Уc /cos2 яp.

Проводи­

мость

входа этой секции

У і = Y2A/Y2=

Y2A

cos2 ip/yc . Для

согласова­

ния плеча

J необходимо

У і =

Ус , т. е. YCA

= Ус/cos яр.

 

 

 

 

Проверим

правильность

первоначального предположения

о

взаимной развязке плеч 4 я 1. Для этого необходимо доказать, что ток короткого замыкания и в точке 4 равен нулю. Представим его

каїк сумму токов, создаваемых в 1—4 и 3—4: .t4 = i£1 ) +i\3). Напря­ жения в точках 1 и 3 с одинаковыми проводимостями Ус пропор­ циональны нормированным амплитудам волн, бегущих по этим плечам: u3/ui = U7/0T =—sinчр. В любой линии ток в пучности равен напряжению в пучности, умноженному на характеристиче­

скую проводимость, т. е. i{3)li\l)

=и3

YcA/(ui

YcB)

= — 1 . Следователь­

но, г'<3) = —i^i и ток короткого

замыкания

i 4 = 0.

Поэтому

в данной

точке

находится

узел напряжения

и 0^ = 0

при любом

сопротив­

лении нагрузки

в плече 4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Итак, схема

рис. 15.10 является

идеальным

направленным от-

ветвителем

на частоте,

соответствующей

четвертьволновой

длине

всех

отрезков. Дл я узла

с параллельно

включенными

шлейфами

и разветвлениями в плоскости Н должны выполняться

соотноше­

ния:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin i|) =

YcA

= yycos гр;

YcB

= Yc

tg гр.

 

(15.12)

Это соединение служит мостом, если

| Д | = 1/1^2; <гр = 45°. Тог­

да проводимости

его плеч

YcA=YcV

2; Yci=Yc.

При последователь­

ном включении двухпроводных линий или £-тройниках

в

точках

ветвления соотношения вида (15.12) относятся

к характеристиче­

ским

сопротивлениям: Z c A =Z c /cosip; Z c B

= Z c tgip.

Полоса

частот

квадратного

ответвителя

 

относи­

 

 

 

 

 

 

 

тельно мала: ± 5 % при Г —

 

Л^0,\

 

 

 

 

 

 

 

[28].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

М о с т д л я п и т а н и я д в у х

 

 

 

 

 

 

 

а н т е н н

с о с д в и г о м

 

п о

 

 

 

 

 

 

 

ф а з е

н а

90° (рис. 15.11). Рав-

 

 

 

 

 

 

 

ноамплитудное возбуждение

двух

 

 

 

 

 

 

 

и: да

Уг

Пер.

О

Рис. 15.11

Рас. 15.12

антенн с фазовым сдвигом 90° обеспечивает круговую поляризацию их излучения или вращение диаграммы направленности. Волна от передатчика поступает в плечо 1. Тогда волны, распространяющие­ ся к антеннам, 07=—\/V~2; UJ = — 1/ У2. Если антенны не сог-

ласрваны

с

фидером и имеют

равные

коэффициенты

отражения

Г 2 = Г 3 = Г А ,

Т О

вторичные

волны

0t=—

іГА/

VI. и

Of

= — Г А / | ^ 2

распределяются

следующим образом: 0\~=

(—ГК\У2)

( — 1 / j/^j) +

+ ( - і Г д /

і / ~ 2 ) ( - і / j/~2)

= 0 ;

С)Г= К А

/ ] / 2 ) ( - І /

У2) + ( — І Х

 

 

 

 

В

генератор

отраженная

волна (эхо)

не попадает, она полностью поглощается в нагрузке. Такое устрой­

ство служит также эхопоглотителем.

Если включить в этот же мост вместо нагрузки второй передат­

чик Of, то волны,

поступающие

к антеннам, определятся

как

—(i L't+UtV

V2 и UT

(0t + i0t)l

У% Сигнал от

пе­

редатчика / придет в антенну 2 с опережением на 90° по сравне­ нию с антенной 3. Сигнал от передатчика 4, наоборот, оказывается опережающим в антенне 3. Антенны в таком устройстве должны быть хорошо согласованы с фидером, так как отраженные волны

возвращаются к

передатчикам.

 

Щ е л е в о й

к о а к с и а л ь н ы й

м о с т также построен по

принципу соединения тройников четвертьволновыми отрезками ли­

ний. Такое построение

позволяет

получить компактную

конструк­

цию

даже на метровых

волнах,

что выгодно отличает

щелевой

мост

от квадратного и кольцевого. Щелевой коаксиальный мост

(рис.

15.12) можно рассматривать как развитие щелевого симмет­

рирующего устройства

(рис. 15.4). Плечи 1, 2 и 3 остаются неиз­

менными, что дает основание заимствовать первый столбец и пер­ вую строку из матрицы симметрирующего устройства (15.2). Вол­ ны из плеча 4 попадают в плечи 2 и 3 в фазе, пройдя четверть­ волновые секции (что соответствует уменьшению фазы на 90°). Следовательно, матрица согласованного щелевого моста имеет вид

 

 

" о

— і

1

о

 

[S] =

 

—1

0

0

—і

( 1 5 . 1 3 )

V2

1

0

0

—і

 

 

 

0

—і

—і

0

 

 

 

 

Отметим сходство в пространственной структуре щелевого ко­ аксиального моста и двойного тройника (рис. 15.6). В частности, оба узла имеют одну плоскость симметрии, проходящую через пле­ ч и / и 4. Матрица (15.13) отличается от (15.9) только фазовыми

СООТНОШеНИЯМИ В плече 4.

Для согласования плеч моста нужно выбрать соответствующие характеристические сопротивления е г о секций. Плечо / через два четвертьволновых отрезка нагружено на последовательное соеди­ нив Z2 + Z 3 = 2Z2 . Следовательно, характеристические сопротивле­

ния коаксиальной Z 5

и полукоаксиальной Z 6 линий следует выбрать

так, чтобы создать

двухступенчатый переход (биномиальный или

чебышевский) между Z\ и 2Z2 . Для

плеча 4 нагрузки 2 2 и Zj вклю­

чены параллельно. Следовательно,

четвертьволновый трансформа­

тор между ними должен иметь характеристическое сопротивление 14—2 41?

Смотрите также файлы