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

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 09.04.2024

Просмотров: 165

Скачиваний: 3

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

использовать резонатор, разомкнутый на концах. Такой резонатор имеет более высокую добротность, чем короткозамкнутый, так как в нем отсутствуют потери в замыкающем поршне. Отрезки запре­ дельных волноводов устраняют излучение из концов резонаторов.

Длина каждого

резонатора равна тґкг, а нагруженная

доброт­

ность должна

обеспечивать

неискаженное воспроизведение

спектра

передатчика

^ 2 ; д л я

этого

передатчика направленный фильтр яв­

ляется ответвителем с полной связью и мощность целиком пере­ дается из плеча 2 в плечо 4. Расстояние от точек присоединения 5

или 6 до одного

из концов резонатора

выбирается равной li =

= (2m—l)A,i/4, что

создает для частоты

антирезонанс

(весьма

большую шунтирующую проводимость резонаторов в точках 5 я 6).

Тогда участки моста /—5 и 4—6

имеют на

входах 1 а 4 весьма

большое сопротивление. Сигнал частоты /і

по кратчайшему пути

направляется из плеча

У в плечо 4 к антенне. Таким

образом, здесь

используются частоты

резонанса

{RBX^>Z0)

и

антирезонанса

(Яи'С'^о) коаксиального резонатора для разделения двух близких частотных полос передатчика. Кратчайший путь /—4 выбирается для сигнала изображения, так как ответвитель не может быть хо­ рошо сбалансирован во всей полосе видеосигнала.

В полосе частот каждого передатчика входные сепротивления резонаторов конечны и не обеспечивают полной фильтрации сиг­ нала. Поэтому небольшая часть мощности из плеча 2 в полосе ча­ стот fa±A$2 отражается от точек 5 и 6 и попадает в плечо 3— к балластному сопротивлению. Какая-то часть волны из плеча / в спектре / І І ± Д І / І проходит через точки А и В и попадает также в плечо 3, т. е. отражений к передатчикам нет. Следовательно, пе­ редатчики взаимно развязаны и нагружены на согласованное со­ противление во всей полосе частот.

Свойства фильтра на частотах в окрестности

fi и / 2 описывают­

ся двумя различными по форме

матрицами:

 

 

 

 

"

0

0

бх

—і

 

-

[Sh

=

0

0

—1

бі

 

 

—1

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

—1

б!

0

0

 

_

 

"

0

0

1

- б 2

-

 

[Sh

= VT

0

0

- а .

1

(15.34)

1

- б 2

0

0

 

 

_ - 6 2

1

0

0

 

 

где | Л , ( / ) | < 1 ; | б 2

( / ) | < 1 .

 

 

 

 

 

 

В узловые точки ответвителя включены разомкнутые на конце шлейфы Ztf, которые служат для компенсации индуктивных проводимостей, возникающих в месте тройниковых соединений коакси­ альных линий.


15.4. Управление свч сигналами

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ УПРАВЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ

К устройствам управления в свч тракте относятся: выключатели, переключатели, коммутаторы, модуляторы, управляемые аттеню­ аторы и фазовращатели, ограничители и стабилизаторы мощности. Их использование весьма многообразно, например, коммутация антенн, передатчиков и приемников, управление антенным лучом, переключения в вычислительных машинах свч диапазона.

По характеру управления управляющие устройства делят на двухпозиционные и многопозиционные, со ступенчатым и плавным изменением. Основными их параметрами являются: ослабление узла А [ф-ла (14.29)] (для двухпозиционных устройств различают ослабление в режиме пропускания Аа и запирания Л 3 ), время пе-^ реключения или регулирования (быстродействие), полоса частот, мощность свч сигнала, согласование с трактом, управляющий фак­ тор, энергия или мощность управления. Во многих, случаях важны малые габариты и масса, низкая шумовая температура. Наиболее употребительны механические, газовые, ферритовые и полупровод­ никовые управляющие устройства. а)

МЕХАНИЧЕСКИЕ

ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ

Механические переключа­ тели имеют наибольшее время переключения (бо­ лее 1 мс), зависящее от инерционности их под­ вижных частей. Примене­ ние этих переключателей наиболее целесообразно в тех случаях, когда тре­ буется эпизодическое пе­ реключение. В них ис­ пользуется электромеха­ нический и ручной привод. Рассмотрим несколько ти­ пичных примеров.

К о а к с и а л ь н ы й пе-

р е к л ю ч а т е л ь н а

зна­

чительные мощности

(рис.

15.27а)

соединяет

внут­

ренний

проводник плеча /

с одним из трех осталь­ ных с помощью трущих-

Подвижные

Неподбижные

контакты

контакты

Рис. 15.27


ся контактов на плоских пружинах из фосфористой бронзы. Авто­ матические замыкатели разомкнутых плеч препятствуют просачи­ ванию в них волн. Дл я увеличения электрической прочности уст­ ройства переключающим элементам придают округленную форму. Интересна конструкция гнезда (рис. 15.276), обеспечивающая кон­ такт у наружной поверхности внутреннего проводника соединяе­ мых коаксиальных линий.

В о л н о в о д н ы е п е р е к л ю ч а т е л и .

На рис. 15.28а пока­

зан переключатель с уголковым

изгибом в плоскости Е; дроссели

создают эквивалентное короткое

замыкание

в зазоре, улучшая сог-

4

Рис. 15.28

ласование тракта и предотвращая утечку мощности в закрытые каналы. Малоинерционными переключающими элементами в дру­ гой конструкции (рис. 15.286) служат резонансные кольца в пле­ чах /і-тройника, которые поворачиваются вокруг горизонтальной оси. В вертикальном положении плоскость кольца параллельна линиям электрического поля, и кольцо является идеальным отра­ жателем (см. параграф 13.7); в горизонтальном — она перпенди­ кулярна Е и волна проходит почти беспрепятственно.

ГАЗОВЫЕ РАЗРЯДНИКИ

 

 

 

Газовые разрядники служат для перекрытия тракта

антенна—при­

емник на время передачи мощного радиолокационного

импульса.

Разрядник представляет собой вакуумную камеру

или колбу, за­

полненную

одним из тяжелых инертных газов

 

при

давлении

~24-20 мм

рт. ст., что обеспечивает высокую плотность

электро­

нов в разряде. Конструкция разрядника должна

предусматривать

прохождение через него в погашенном состоянии

широкополосного

сигнала к приемнику и легкость возникновения электрического про­ боя при поступлении в него свч импульса с высокой напряженно­ стью электрического поля. Разряд, возникающий под действием импульса, является затем эффективным отражателем этого ж е импульса.


На рис. 15.29 показан разрядник," представляющий собой по­ лосовой фильтр из четырех сосредоточенных резонаторов с чет­ вертьволновыми связями. Его внешние резонаторы — вакуумплотные окна (см. параграф 13.5), внутренние — сочетание емкостных конусов с фигурными индуктивными диафрагмами. Электрический

разряд

создается

между

кону­

сами и быстро продвигается к

тому окну, к которому подво­

дится

сигнал

большой мощно­

сти.

Затухание

разрядника

в

этом

режиме

составляет

А3

=

= 80-100 дБ. Деионизация ка­

меры

после разряда

занимает

около

1 мкс, что препятствует

приему

отраженных

импульсов

с близких расстояний.

 

 

Разряд возникает с запаз­

дыванием примерно

на

5 не,

поэтому

часть мощного им­

пульса проходит через разряд­

ник В

приемник. Ускорению Рис. 15.29

разряда

способствует неболь­

шой уровень начальной ионизации, который поддерживается ра­ диоактивным источником. В некоторых случаях на вспомогатель­ ный электрод подается опережающий на 0,2ч-1 мкс, импульс, соз­ дающий тлеющий разряд. Газовые разрядники непригодны для защиты высокочувствительных приемников вследствие просачива­

ния через них части импульса, больших

вносимых потерь Л п «

л ; 0,5 дБ и высокой шумовой температуры

Г щ ^ З О К .

IПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ И ФЕРРИТОВЫЕ УПРАВЛЯЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

П о л у п р о в о д н и к о в ы е у с т р о й с т в а успешно применяются в диапазоне от метровых до субмиллиметровых волн. Их достоин­ ствами являются: высокое быстродействие (от 0,1 не), малые га­ бариты и масса, незначительные мощности управления (от 1 пВт до 1 Вт), значительный срок службы (до 200 тыс. часов). Приборы изготавливаются на импульсную мощность до 1-+-10 кВт и среднюю до 10ч-100 Вт; в ближайшее время ожидается увеличение этих величин на порядок.

Для управления используется свойство полупроводниковых структур менять свое комплексное сопротивление при действии

внешнего напряжения

или тока. Например, р-п-диоды

(рис. 15.30а)

имеют

переменную емкость С, которая

создается в области

р-п-пе-

рехода

(ее

толщина

~>0,14-1 мкм) и

регулируется

внешним на­

пряжением

~ 1 ч - Ю В. Последовательное сопротивление г

соответ­

ствует

областям р и

п. В р-і-п-диодах

(рис. 15.306)

регулируется


в широких пределах сопротивление R центральной высокоомной і-области. Оно велико в обесточенном диоде и уменьшается при управляющем токе порядка 10ч-100 мА.

Эквивалентная схема диода (рис. 15.30в) учитывает емкость патрона или держателя Сп и индуктивность вводов L B . Дл я опти­ мизации работы диода необходимо, чтобы эквивалентное сопро­ тивление было активным. У р-я-диодов возможны два рабочих

Рис. 15.30

положения, соответствующих последовательному и параллельному резонансам. При отрицательном напряжении (к р-области прило­ жен «минус») емкость мала: С—С\; в этом случае получают после­

довательный резонанс

на

заданной

частоте; тогда

сопротивление

цепи LBCi равно г. При положительном

напряжении

С = С2~Э>_С\

выполняется условие

параллельного

резонанса и

эквивалентное

сопротивление контура LBCn

равно

R& В

современных

германие­

вых р-и-диодах отношение

Rg/r достигает нескольких

сотен на сан­

тиметровых и более длинных волнах. В устройствах с р-і-п-диода- ми обычно непосредственно изменяют их внутреннее сопротивле­

ние R

(с компенсацией

реактивностей), что

дает

возможность

строить не только переключатели, но и аттенюаторы

(или модуля­

торы)

с плавным

изменением

ослабления. В кремниевых р-г'-ге-дио-

дах

достигнуты

отношения

их

внутренних

сопротивлений

Ri/R2>\03.

 

с активным

шунтом

[см. ф-лы (14.16) и

Анализ отрезка линии

(14.29)] позволяет получить соотношение для ослабления в режи­

мах затухания Аа

и пропускания Ап:

я—1)/(Лп\)=R\/R2.

Та­

ким образом, отношение R1/R2 играет определяющую

роль в рабо­

те схемы. Часто ее называют качеством

коммутационного

диода.

Оси диодов располагают параллельно вектору Е распростра­

няющейся

волны

(рис. 15.31а). Кремниевые p-i-n-диоды часто вы­

полняются

без патрона, что уменьшает

паразитные

реактивности.

Тогда их

впаивают непосредственно

в

различные

конструкции

(низкие волноводы, щели, полосковые и коаксиальные линии).

При 1 < 2 ч - 3 см в миллиметровом

и

субмиллиметровом

диапа­

зонах используются распределенные p-j'-я-структуры, занимающие всю высоту волновода или линии. Ширина структуры может быть малой или близкой к ширине волновода а. На рис. 15.316 из вол­

новода выведены

низкоомные

приконтактные

области структуры.

По существу, эта

конструкция

не отличается

от переменного пог-