Файл: Основы радиотехники и радиолокации учеб. пособие.pdf

дят в волновод при возбуждении волны Ню через верхнюю или нижнюю стенку волновода (рис. 2.30). При этом вблизи штыря возникает электромагнитное поле сложной формы, в состав которого входят основная волна Н ]0 и волны высших типов. Волны высших типов по волноводу распространяться не могут, так как этому препятствуют его поперечные раз­ меры.

Волна основного типа (Н 10) возбуждает волновод, пере­ нося энергию высокой частоты в нагрузку.

дачи максимальной мощности в нагрузку необходимо ском­ пенсировать реактивную составляющую сопротивления шты­ ря, то есть поместить штырь в максимум электрического по­ ля и согласовать волновое сопротивление линии с волновым сопротивлением волновода. Для этого при возбуждении вол­

100

В короткозамкнутом отрезке волновода левее штыря обра­ зуется стоячая волна Ню в результате сложения падающей и отраженной от торцевой стенки волн.

*

Так как расстояние I равно ~ , то штырь оказывается

расположенным в пучности электрического поля и узле Маг­ нитного поля. В этом случае его сопротивление излучения имеет максимальное значение.

Компенсация реактивной составляющей поля осуществля­ ется перемещением поршня. Сдвигая поршень в ту или иную сторону, можно создать реактивность противоположного зна­ ка и получить чисто активное сопротивление. Величина соп­

Петлю располагают в волноводе так, чтобы она, подобно обмотке трансформатора, пронизывалась магнитным полем возбуждаемой волны. Только при этом условии энергия будет передаваться от петли в волновод. Так как размеры витка соизмеримы с длиной волны, то он дает эффективное излуче­ ние электромагнитных волн. Для согласования коаксиальной линии необходимо, чтобы входное сопротивление петли было чисто активным и равным волновому сопротивлению фиде­ ра. Согласование достигается подбором сопротивления

Рис. 2. 31. Возбуждение волны Н 10 петлей.

петли, то есть подбором её размеров, расположения относи­ тельно стенок волновода и ориентации её плоскости относи­ тельно магнитного поля возбуждаемой волны. Согласовать такую линию практически трудно, и поэтому этот способ воз­ буждения применяется реже.

101

Д . Волноводные сочленения

Волноводы радиолокационных станций состоят из отдель­ ных секций (что удобно для транспортировки и ремонта), ко­ торые сочленяются с помощью специальных устройств. Соч­ ленения могут быть подвижные и неподвижные. Первые не­ обходимы для обеспечения вращения или качания антенны. Сочленения должны создавать хороший электрический кон­ такт между секциями.

Неподвижные сочленения бывают двух типов:

—контактные;

—бесконтактные дроссельно-фланцевые.

Контактное соединение образуется двумя гладкими флан­ цами, стягиваемыми болтами.

Чтобы поверхностные токи не создавали потерь, поверх­ ность перехода должна быть обработана с высокой точ­ ностью. Такое сочленение не допускает перекосов, иначе бу­ дет отражение энергии. Контактные сочленения нашли огра­ ниченное применение.

Дроссельное сочленение (рис. 2. 32) состоит из двух флан­ цев, укрепленных на секциях волновода и соединенных винта­ ми. Первый фланц имеет гладкую переднюю сторону, в ле­ вом— сделана круглая проточка глубиной в четверть волны, соединенная с волноводом радиальной линией. Длину ради­

альной линии между точками А и Б подбирают равной

к

4

Таким образом, между точками А и В возникает полувол­ новая короткозамкнутая линия, поэтому сопротивление меж­ ду фланцами в точке А равно нулю.

Входное сопротивление четвертьволнового закороченного отрезка Б и В велико, “поэтому качество контакта между фланцами почти не влияет на работу сочленения. Можно да­ же прокладывать изоляцию в месте соединения фланцев.

Если сочленение необходимо сделать поворотным или ка­ чающимся, то для механического отделения секций волново­ да фланцы раздвигают на некоторое расстояние друг от друга (рис. 2. 33а).

Такое раздвижение фланцев не влияет на входное сопро­ тивление в точке А , если расстояние между фланцами мало по сравнению с длиной волны.

При больших углах качания волноводов сочленение вы­ полняют из нескольких разнесенных фланцев, помещенных в резиновом кожухе и гофрированной трубке (рис. 2. 336).

102

Рис. 2. 33. Подвижное дроссельное сочленение: а — для мало­ го угла качания; б — для большого угла качания.

Е. Согласование волноводов

Нагрузкой волноводов служат рупорные, щелевые, вибра­ торные антенны и другие потребители энергии. Она может быть присоединена непосредственно к волноводу или к коак­ сиальному фидеру. В последнем случае для перехода от вол­ новода к коаксиальному фидеру применяют те же устройства, что и для возбуждения волновода. При передаче энергии по волноводу используют режим чисто бегущих волн. Такой ре­ жим необходим в волноводе по тем же причинам, что и в ли­ нии. Для получения в волноводе бегущей волны необходимо устранить отражение волн от нагрузки или скомпенсировать отраженную от нагрузки волну.

Для согласования нагрузки с волноводом применяют ме­ таллические отражающие перегородки или диафрагмы (рис. 2. 34).

103

Рис. 2. 34. Диафрагмы в волноводе: а — емкостная; б — ин­ дуктивная; в — комбинированная.

Диафрагма представляет собой тонкую металлическую пластинку. Если перегородки в волноводе расположены пер­ пендикулярно электрическому полю (рис. 2. 35а), заряды, имеющиеся на противоположных стенках волновода, сбли­ жаются, то есть создаётся увеличенная ёмкость. Поэтому диафрагма называется ё м к о с т н о й . При правильном под­ боре размера окна диафрагмы и места ее расположения воз­ никает режим чисто бегущих волн на участке волновода меж­ ду возбудителем и диафрагмой. Если перегородки располо­ жены параллельно электрическим силовым линиям, создают­ ся дополнительные пути для поперечного тока, поэтому соп­ ротивление волновода в сечении диафрагмы имеет индуктив­ ный характер.

Принцип действия индуктивной диафрагмы тот же, что и ёмкостной. Применяют также индуктивно-ёмкостные диаф­ рагмы (рис. 2. 35в), имеющие форму прямоугольного окна.

Кроме диафрагмы, для согласования используют подвиж­

ные и неподвижные настроечные винты, шлейфовые согласователи, волноводные трансформаторы и другие устройства.

104

Рлс. 2.35. Коаксиальный резонатор: а — резонатор; б — рас­ пределение полей.

§ 2. 5. Объемные резонаторы

Известно, что в диапазоне дециметровых и особенно сан­ тиметровых волн колебательные контуры с сосредоточенны­

Такие резонаторы представляют собой некоторый объем про­ странства, ограниченный металлической поверхностью той или иной формы.

Объёмные резонаторы имеют большую добротность (не­ сколько тысяч единиц). Это объясняется малыми потерями энергии в стенках резонаторов (вследствие их большой по­ верхности) и отсутствием излучения энергии в окружающее пространство, так как электромагнитное поле сосредоточено внутри резонатора. Размеры объемных резонаторов сравнимы с длиной волны, что делает удобным их применение в санти­ метровом, дециметровом и отчасти метровом диапазонах волн. В метровом и дециметровом диапазонах широко используют коаксиальные резонаторы (рис. 2.35).

Такие резонаторы образуются из короткозамкнутого от­ резка коаксиальной линии. Резонансная частота их опреде­ ляется величинами конструктивной ёмкости С и эквивалент­ ной индуктивности короткозамкнутого коаксиального отрез­ ка, зависящими от длины резонатора. Перестройка резонато-

105

pa с одной резонансной частоты на другую производится пе­ ремещением короткозамыкающего поршня.

Возбуждение и вывод энергии осуществляется либо с по­ мощью петли связи, помещаемой в пучность магнитного по­ ля, либо с помощью штыря, расположенного в пучности электрического поля. Коаксиальные резонаторы используют­ ся в качестве колебательных систем генераторов С В Ч , а так­ же в волномерах для измерения частоты высокочастотных колебаний.

В сантиметровом диапазоне волн широко применяются волноводные резонаторы различной формы и исполнения. На грактике используют прямоугольные, круговые цилиндриче­ ские, тороидальные резонаторы и т. д. (рис. 2. 36).

Рис. 2.36. Типы объемных резонаторов: а — прямоугольный; б —• круглый цилиндрический; в — тороидальный; г — распределение электрических и магнитных полей в тороидальном ре­ зонаторе.

Особый интерес представляют тороидальные резонаторы, в которых главные части магнитной и электрической состав­ ляющих электромагнитного поля разделены в пространстве.

106

Г л а в а III

А Н Т Е Н Н Ы М Е Т Р О В Ы Х И С А Н Т И М Е Т Р О В Ы Х В О Л Н

§3. 1. Общие сведения об антеннах

Ан т е н н о й называется устройство, предназначенное для излучения и приема энергии электромагнитных волн.

Антенны бывают передающими, приемными и приемнопередающими.

П е р е д а ю щ а я а н т е н н а преобразует энергию радио­ сигнала, имеющего форму связанных электромагнитных волн,

в энергию радиосигнала связанных электромагнитных волн. Характер процессов, происходящих в передающей и при­ ёмной антеннах, свидетельствует об их обратимости. Это зна­ чит, что любая передающая антенна, как правило, может ра­ ботать в качестве приёмной, а приёмная — в качестве пере­

дающей.

Обратимость антенн проявляется в принципиальной воз­ можности использования одной и той же антенны в качестве передающей и приемной и в сохранении основных параметров антенны неизменными при переходе от режима передачи к режиму приёма и обратно.

Антенны, применяемые одновременно для приёма и пере­ дачи, называются п р и ё м н о-п е р е д а ю щ и м и .

Все импульсные радиолокационные станции, связные, са­ молетные и другие передвижные радиостанции имеют, как правило, одну общую антенну для передачи и приема.

По направленности излучения антенны делятся на нена­ правленные и направленные. Ненаправленные антенны излуча­

108

ют электромагнитную энергию во все стороны равномерно, а направленные — преимущественно в одном направлении.

Свойство антенн излучать электромагнитную энергию в разных направлениях.характеризуется диаграммой направлен­ ности.

Д и а г р а м м о й н а п р а в л е н н о с т и а н т е н н ы назы­ вается графически выраженная зависимость напряженности поля (или мощности излучения) от направления при посто­ янном расстоянии до антенны. Различают диаграмму направ­ ленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Диаграмма направленности антенны в горизонтальной плоскости практически снимается следующим образом. Во­ круг антенны в разных направлениях на равных от нее рас­ стояниях измеряют напряженность поля индикатором на­ пряженности. Результаты измерений (азимут и напряжен­ ность поля) заносят в таблицу.

Т а б л и ц а

По этим данным на бумаге строят диаграмму направлен­ ности. Наиболее наглядной является диаграмма, построенная в полярной системе координат (рис. 3. 1).

Рис. 3.1. Диаграммы направленности антенн: а — в поляр­ ной системе координат; б — в прямоугольной системе коор­ динат.

10»