Файл: Негурей, А. В. Конструкции и техника СВЧ учебное пособие.pdf

сетки лампы с коаксиальной линией вправо и расположим его вблизи анода лампы. При таком выборе возможно по­ строение одностороннего контура, коаксиальная линия кото­ рого состоит из одного участка, расположенного справа от

Рис. 6. Двусторонний контур коаксиального

роннего контура. Соответственно уменьшится объем, занимае­ мый всем устройством, и упадет добротность, что необходимо

.для увеличения широкополосности контура. Заметим, что в большинстве существующих конструкций традиционно при­ меняется двустороннее построение контуров и потому в пол­ ной мере не используются возможности получения наиболее высокого значения резонансного сопротивления и к.п.д.

15

Теперь рассмотрим задачу об уменьшении собственных потерь, которая, как отмечалось, должна решаться при кон­ струировании как высокодобротных, так и широкополосных колебательных систем с высоким резонансным сопротивле­ нием. Собственные потери СВЧ колебательной системы сла­ гаются из следующих частных составляющих:

—потерь в проводящих поверхностях и контактных соединениях, где протекают СВЧ токи:

—потерь в диэлектрических деталях, находящихся

вСВЧ поле;

—потерь на излучение энергии из колебательной системы;

—потерь в электронной лампе, включающие в общем случае все перечисленные виды потерь.

Рассмотрим более подробно основные причины, вызываю­ щие потери энергии в СВЧ колебательной системе, и возмож­ ности уменьшения этих потерь. Величина поверхностного со­ противления проводника зависит от физических свойств ма­ териала, частоты поля и состояния проводящей поверхности. Такими проводниками в колебательной системе могут быть, проводники отрезка линии передачи, короткозамыкателн, пружины контактных систем, бесконтактные металлические плунжеры, элементы связи, элементы подстройки кошура и пр.

Наиболее существенными обычно являются потери в про­ водниках линии и короткозамыкателях. Поэтому особое вни­ мание при выборе материала поверхностного слоя или по­ крытия, метода и качества обработки поверхности следует уделить именно этим элементам и в первую очередь тем уча­ сткам их поверхности, где существует наибольшая плотность тока. Количественно потери в проводниках могут быть оце­ нены, если известна конфигурация колебательной системы н распределение в ней токов СВЧ [2], [4]. В работе [4] приве­ дены результаты экспериментального исследования доброт­ ности коаксиальных резонаторов в зависимости от материала и шероховатости поверхности на длине волны 40 и 10 см. В частности, оказывается, что полирование шероховатых по­ верхностей резонаторов, работающих на волнах длиной 40 и 10 см, у:величивает добротность на 8 -г-10% и приближает ее к расчетным значениям. Естественно, что материал и качество токопроводящих поверхностей резонаторов сантиметрового и миллиметрового диапазона более существенно влияют на ве­ личину добротности.

16

Контактные соединения бывают подвижными, например соединение плунжера настройки с линией контура, и непод­ вижными, которые включают разъемные (пружинные, стяж­ ные) и неразъемные соединения (паяные, сварные, стяжные). Для уменьшения потерь в контактных соединениях при кон­ струировании следует контактные соединения располагать, в местах, где токи СВЧ минимальны (например, в районе узлов тока); переходное сопротивление контактных соедине­ ний делать минимальным, для чего в первую очередь необхо­ димо обеспечить возможно большую протяженность контакт­ ного соединения (в идеале контакт между двумя проводни­ ками должен осуществляться по всей линии раздела двух.

Рис. 7. Варианты конструкции разъемного стяжного контактного соединения корпуса резонатора: а — обес­ печиваются контакт по линии (по окружности), высокое удельное контактное давление и малое переходное со­ противление; б — контакт осуществляется по поверх­ ности в неопределенных точках, удельное контактное давление уменьшено при той же затяжке винтов, пере-

ходное сопротивление увеличено.

токонесущих поверхностей). Для улучшения качества кон­ такта сопрягаемые детали разъемных соединений до нанесе­ ния гальванических покрытий, как правило, притираются.

Контактное давление в разъемных соединениях должно находиться в пределах 40ч-100 кг/см2 [4]. Эта величина осо­ бенно критична для устройств сантиметрового и миллиметро­ вого диапазона волн и обеспечивается выбором материала и конструкции пружинных контактных элементов, величиной стягивающих усилий и т. д. (рис. 7). Для уменьшения по­ терь в паяных соединениях целесообразно ^применение при­ поев с малым электрическим сопротивлением и хортшим за­

: 41

теканием в зазоры, с этой точки зрения предпочтительными являются серебряные припои. Особое влияние на величину и постоянство электрического сопротивления оказывает каче­ ство гальванических покрытий, наносимых на паяные или сварные швы, либо на сопрягаемые детали разъемных соеди­ нений. Для трущихся элементов важно обеспечить малую шероховатость поверхностей, плотность гальванического по­ крытия, а также подобрать пару материалов, имеющую ма­ лый коэффициент трения. Все это уменьшает механическое истирание контактных поверхностей.

Диэлектрические потери растут с увеличением объема диэлектрика, с увеличением напряженности электрического поля и тангенса угла диэлектрических потерь материала. Отсюда ясно, какие меры должны быть приняты конструкто­ ром для уменьшения потерь в диэлектриках.

Потери на излучение в большой степени зависят от рабо­ чей частоты, типа колебательной системы и ее конструкции. Они принципиально свойственны всем открытым системам, а у закрытых систем возникают в результате несовершенной экранировки электромагнитного поля и вызваны наличием контактных соединений, всякого рода отверстий, щелей, свя­ зывающих внутренний объем колебательной системы с внеш­ ним пространством. Способы уменьшения потерь на излуче­ ние для открытых систем состоят, главным образом, в пра­ вильном выборе поперечных геометрических размеров линии по отношению к длине волны и в экранировании колебатель­ ной системы.

Рассматривая потери на излучение реальных закрытых систем, следует учитывать влияние толщины стенки конструк­ ции. Бели нарушение экранировки происходит в электрически «тонкой» стенке закрытой системы (толщина стенки мала по отношению к длине волны А), то для расчета потерь приме­ нима теория излучения через отверстия тонкостенных СВЧ систем, и уменьшение излучения может быть достигнуто раз­ мещением щелей, отверстий в районе минимальных токов колебательной системы, а также правильной ориентацией ще­ лей и некруглых отверстий относительно направления проте­ кания СВЧ токов по внутренним токонесущим поверхностям конструкции. Если экранировка нарушается в результате не­ совершенства конструкции «толстой» стенки (толщина стен­

18