Файл: Учебник радиометриста флота учебник для школ и учебных отрядов ВМФ..pdf

Входное сопротивление разомкнутой линии зависит от ее волнового сопротивления и длины линии. Оно может быть ин­ дуктивным или емкостным и иметь любую величину от —оо до + оо. На рис. 43 показана зависимость его от длины линии. В преде­ лах всех нечетных четвертей волн оно имеет емкостной харак­ тер, т. е. отрицательно, а в пределах всех четных четвертей волн — индуктивный характер, т. е. положительно.

Рис. 44. Зависимость входного сопротивления ко­ роткозамкнутой линии от ее длины

Входное сопротивление разомкнутой линии равно нулю, если ее длина равна целому нечетному числу четвертей волн, и бес­ конечности, если длина линии равна целому числу полуволн. В первом случае линия подобна последовательному резонанс­ ному контуру (ZBX= 0), а во втором — параллельному (ZBX= oo),

Таким образом, при /= {2п+1) • -j- возникает «последователь­

ный резонанс», а при 1 — п -----«параллельный резонанс».

53

Входное сопротивление короткозамкнутой линии (рис. 44) является реактивным и может иметь величину от —оо до +оо. В пределах нечетных четвертей волн оно положительное, т. е. индуктивное, а в пределах четных четвертей волн— отрицатель­

волны

Четвертьволновая линия, разомкнутая на конце (рис. 45). Входное сопротивление такой линии равно нулю.

формируется в малое входное сопротивление линии, и наоборот. Если подобрать такой отрезок четвертьволновой линии, вол­

новое сопротивление которого р = |/ Z BXZH, то этот отрезок можно применять для согласования линий с различными вол­ новыми сопротивлениями, т. е. линия будет выполнять роль сог­ ласующего трансформатора.

Четвертьволновый трансформатор служит основным согла­ сующим элементом во всех линиях, работающих на одной фик­

54

Такие отрезки нашли применение как колебательные конту­ ры для волн короче 2 м. Такой контур имеет острую резонанс­ ную кривую, так как его добротность Q велика (несколько ты­ сяч) .

Кроме того, отрезки четвертьволновых короткозамкнутых ли­ нии применяются на метровых и главным образом на децимет­ ровых и сантиметровых волнах в качестве металлических изоля­ торов (рис. 47). Возможность такого применения объясняется большим входным сопротивлением указанных отрезков.

/< |4fr

1

Рис. 47. Металлические изоляторы

Полуволновая линия, разомкнутая на конце. Такая линия эквивалентна контуру с последовательным резонансом. При под­ ключении к ее концу сопротивления нагрузки Zn входное сопро­ тивление линии окажется равным ZBX= Z„. Линия эквивалент­ на трансформатору с коэффициентом трансформации, равным единице.

§ 4. Применение отрезков линий

Для передачи электромагнитной энергии СВЧ от передатчи­ ка к антенне и от антенны к приемнику, а также для соедине­ ния отдельных блоков РЛС служат передающие линии, или фи­ деры.

Существуют три основных типа передающих линий: откры­ тая двухпроводная линия, коаксиальный фидер и волновод.

Двухпроводная линия разобрана при рассмотрении длинной линии.

Распределение электромагнитной энергии в фидерах проис­ ходит по тем же законам, что и в длинных линиях.

В радиолокации наиболее часто применяется коаксиальный гибкий фидер, устройство которого и распределение полей в нем представлены на рис. 36, в и 38, а.

Для передачи энергии по фидеру без потерь необходимо со­ гласовать сопротивление фидера и нагрузки, так, чтобы по фи­ деру перемещалась бегущая волна. С этой целью выпускают

55

фидеры с различными волновыми сопротивлениями, которые можно подбирать для различных случаев согласования, или при­ меняют специальные согласующие устройства (четвертьволно­ вые отрезки длинных линий).

Фидеры применяются в линиях метрового и дециметрового диапазонов; на более высоких частотах в них происходят боль­ шие потери, поэтому они непригодны в сантиметровом диапазо­ не волн. Для передачи энергии сантиметрового диапазона при­ меняют волноводы —металлические полые трубы, внутри кото­ рых распространяется электромагнитная энергия. Процесс пе­ редачи этой энергии от источника внутри волновода называют часто возбуждением волновода.

Рис. 48. Образование волновода:

а — присоединение четвертьволновых короткозамкнутых отрез­ ков к линии; б — образование волновода

Работа волновода может быть объяснена следующим обра­ зом. Подключим к двухпроводной линии справа и слева чет­ вертьволновые короткозамкнутые отрезки линий (рис. 48). При­ соединение таких отрезков не повлияет на распространение энергии вдоль линии, так как они являются металлическими изоляторами. Увеличивая количество подключаемых отрезков, получим сплошную трубу прямоугольного сечения: это и будет волновод. Короткозамкнутые четвертьволновые отрезки не поз­ воляют выходить энергии из внутреннего пространства волно­ вода, поэтому потерь на излучение нет. Сечение волновода опре­ деляется диапазоном волн, в котором он применяется: широкая сторона сечения выбирается равной половине длины волны.

Волноводы возбуждаются в широком диапазоне частот; на­ именьшая частота возбуждения называется критической. Конст­ руктивно волноводы могут исполняться различной формы (рис. 49); материалом обычно служит медь, внутреннюю поверх­ ность которой серебрят или кадмируют для улучшения проводя­ щих свойств токопроводящей поверхности.

56

Электромагнитная энергия в волноводе распространяется в результате многократного отражения от его стенок (рис. 50, а). Чем меньше длина волны, тем меньше угол отражения (рис. 50, б). Для волн значительно короче критической условия распространения приближаются к условиям распространения в свободном пространстве, чем обеспечивают образование в вол­ новоде бегущей волны.

Рис. 49. Конструкции волноводов:

а — круглый с яетлей связи; 6 — квадратный со штырем связи; в — прямоугольные со щелью связи

Нагрузкой волноводов служат различного вида антенны или другие потребители энергии. При переходе от волновода к коак­ сиальному фидеру или к нагрузке необходимо осуществить со­ гласование сопротивлений. В первбм случае согласование осу­

новода имеет индуктивную реакцию, то необходимо поставить перегородку, подобную показанной на рис. 51, б, сближающую верхнюю и нижнюю грани и, следовательно, эквивалентную ем­ костной проводимости.

57

Если же входное сопротивление имеет емкостную реакцию, то необходимо поставить перегородку (рис. 51, а), эквивалент­ ную индуктивной проводимости. Перегородка нарушает неод­ нородность волновода вполне определенным образом: отражен­ ная от перегородки волна имеет в данном сечении фазу, проти­ воположную фазе волны, отраженной от конца волновода.

В станциях метрового диапазона подключение к антенне обычно производится с помощью симметричного двухпроводного фидера, а радиолокационные приемники, как правило, имеют несимметричный вход н подключаются с помощью коаксиально­

го фидера. Переход от симметричного двухпроводного фидера к несимметричному коаксиальному осуществляется с помощью симметрирующего колена или симметрирующего дросселя.

С и м м е т р и р у ю щ е е к о л е н о (рис. 52, а). В точках а и а' двухпроводного фидера потенциалы по отношению к земле равны по величине и противоположны по фазе. Пути распрост­ ранения бегущих волн потенциала по длинному и короткому участкам колена отличаются на Х/2. В точку 0 волны придут в фазе, благодаря чему создается возможность отводить энергию по коаксиальному фидеру, подключенному к этой точке.

С и м м е т р и р у ю щ и й д р о с с е л ь (рис. 52, б). Здесь за­ дача состоит в том, чтобы ток, подходящий к точке А по прово­ ду 1 двухпроводного фидера, заставить идти далее только по внутренней поверхности наружной оболочки коаксиального фи­ дера. Для этого необходимо создать на наружной поверхности оболочки коаксиального фидера очень большое индуктивное со­ противление для тока (дроссель).

На зачищенную от изоляции часть наружной трубки (или оплетки) коаксиального фидера надевается закороченная ла­ тунная трубка длиной Х/4. Входное сопротивление такой трубки в сечении перехода от двухпроводного фидера к коаксиальному теоретически равно бесконечности. Поэтому ток, поступающий из провода 1, не может течь по наружной поверхности коакси­

58

ального фидера, что и обеспечивает требуемый переход от двух­ проводного фидера к коаксиальному.

О б ъ е м н ы е р е з о н а т о р ы . В участке длинной линии, за­ короченной на концах, возникают стоячие волны, которые под воздействием питающего генератора превращаются в вынужден­ ные незатухающие колебания. Амплитуда этих колебаний ста­ новится наибольшей, если длина линии выбрана в кратных от-

Электромагнитное поле в таком волноводе благодаря отражени­ ям от концов обязательно приобретает характер стоячих волн не только в поперечном сечении, но и по длине волновода. Ограни­ ченный поперечными отражающими перегородками отрезок вол­ новода превращается в объемный резонатор (рис. 53), который в соответствии с формой поперечного сечения можно подразде­

Часто объемным резонаторам приходится придавать форму, отличающуюся от правильной геометрической. Это диктуется, например, необходимостью возбуждать резонатор электронным потоком, проходящим сквозь полость резонатора. Для большей эффективности воздействия электронного потока часть полости резонатора сдавливают, приближая противоположные части друг к другу.

Наиболее распространенные типы сдавленных резонаторов представлены на рис. 54. Сдавленные резонаторы приближаются

59