Файл: Негурей, А. В. Конструкции и техника СВЧ учебное пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 30.10.2024
Просмотров: 44
Скачиваний: 0
щих параметры колебательной системы, на внутреннюю по верхность экрана могут наноситься поглощающие покрытия. Дополнительное экранирование не повышает добротности системы и служит только для обеспечения безопасности ра боты оператора и устранения влияния излучения на дру гую СВЧ аппаратуру.
Рис. |
8. Варианты |
конструкции экранирующих |
узлов: |
а — излучаю |
||||||
щая; |
б — неизлучающая |
конструкция |
коаксиального |
резонатора с |
||||||
бесконтактным плунжером настройки; |
в — стыковочное |
соединение |
||||||||
двух |
частей экранирующего |
корпуса; |
/— коаксиальный |
резонатор; |
||||||
2 — бесконтактный |
плунжер; |
3 — керамические |
тяги; |
4 — деталь |
||||||
привода; 5 — экранирующие втулки |
(предельные |
круглые волново |
||||||||
ды); |
6 — отверстия |
в тонкой |
стенке |
резонатора; |
7, 8 — части кор |
|||||
пуса; |
9 — промежуточные |
контактные |
элементы; |
10 — уплотнитель; |
||||||
11 — гайка; 12 — стяжной |
болт; 13 — втулка; |
14 — контактная пру |
||||||||
|
жина; 15 — самонарезающий винт. |
|
|
|||||||
На рис. 8 ,в приведена конструкция стыкового соединения двух частей экранирующего корпуса, внутри которого может находиться излучающая система диапазона СВЧ. Подобная конструкция обеспечивает высокую степень экранировки устройства.
20
Конструируя колебательную систему, необходимо опреде лить, какие виды потерь преобладают в данной конструкции. Например в коаксиальных контурах (рис. 4 и 6) наибольшие потери будут вноситься лампой и излучающими элементами,
в частности |
разделительным анодным «конденсатором». |
С потерями |
в лампе, которые могут составлять до 60% от |
■величины общих потерь, бороться трудно. Единственным, по жалуй, способом является уменьшение напряженности элек трического поля контура в районе изоляторов лампы, что в некоторых пределах может регулироваться геометрией колебательной системы. В колебательных безламповых си стемах, в которых отсутствуют разделительные элементы, на рушающие экранировку, решающую роль могут играть по
тери в проводниках.
Параметры колебательной системы во многом зависят от ее поперечных размеров, которые должны выбираться из условия получения наиболее высокого значения добротности или эквивалентного сопротивления колебательной системы,
атакже обеспечения необходимой электрической прочности линии с учетом конструктивных особенностей колебательной системы (например, вида соединения с электронной лампой),
атакже возможности .подавления высших типов колебаний, которые могут возникнуть при неправильном выборе попереч ных размеров линии.
Приме р 3. Требуется выбрать поперечные размеры (d, D) короткозамкнутой коаксиальной линии, образующей вместе с емкостью сетка—анод (Сса) лампы ГИ-70Б резонансный кон тур (рис. 4), работающий на частоте /=1500 МГц (?i= 2 0 cm). Диаметр d внутреннего проводника линии 4 целесообразно
принять равным диаметру вывода анода лампы (cfa). При этом внутренний проводник становится однородным на всем протяжении от промежутка сетка—анод до подвижного плунжера настройки 8, что увеличивает электрическую проч ность контура. Уменьшение d по сравнению с диаметром анода (da) лампы привело бы к ухудшению охлаждения анода, а также к увеличению потерь внутреннего проводника и короткозамыкателя плунжера. Последнее следует из выра жений для расчета сопротивлений прямого круглого про вода [1] и диска, закорачивающего коаксиальную линию [4],
|
r*=4 ‘" T = # |°-ь |
<"> |
где |
[Ом] — удельное поверхностное сопротивление |
при |
данной |
длине волны. |
|
21
Увеличение d привело бы к соответствующему увеличению веса и габаритов системы. Таким образом, рационально при нять d = d&= 24 мм. Диаметр наружного проводника D опреде лим из условия обеспечения наименьших потерь в провод никах коаксиальной линии, которое для медных проводников
выражается равенством [5]: |
|
« 3,6, откуда Z)~3,6 d~ 85 мм. |
||||
Условием возникновения в воздушной коаксиальной линии |
||||||
волн паразитных типов ТЕ и ТМ являются выражения |
|
|||||
f |
^ |
T. ( D |
~ - - d ) |
= -^кр те - |
|
( 12) |
f |
^ |
£) |
d |
’=rz f кр ТМ |
|
0 3 ) |
где /Кр те и /кр тм — критические частоты, |
т. е. такие, |
на ко |
||||
торых возникают волны типа ТЕ и ТМ; |
с — скорость |
света. |
||||
Из (12) и (13) видно, что колебания типа ТЕ могут возник нуть на более низких частотах, Так как /кР те </кр. тм, по этому наибольший допустимый диаметр наружного провод ника вычисляем из (12)
Ор
^^ //
^-'макс — ~Z ~f
11/кр ТЕ
В нашем примере DMaKc~100 мм>Д, и поэтому наружный проводник может быть выполнен с уже выбранным диамет ром, обеспечивающим минимальные потери в проводниках
линии. Волновое сопротивление линии Z0=1381g-^- =»75 Ом.
Заметим, что окончательно выбрать диаметры проводни ков можно, проверив линию на электрическую прочность. Между внутренним проводником и участком наружного про водника коаксиальной линии, соединенного с заземленным выводом сетки лампы (рис. 4), действует напряжение, равное сумме питающего анодного напряжения и напряжения СВЧ, возникающего в линии. Рассматриваемая система работает
ЗА0 на колеоаниях типа — , при которых в линии на расстоя
нии |
от закорачивающего плунжера настройки возникает |
пучность напряжения, где наиболее вероятен электрический
пробой. С точки зрения электрической прочности целесообраз
нее применять колебания типа , при которых нет пучно
сти, и наибольшим напряжением является колебательное на пряжение, действующее на промежутке сетка—анод лампы, которое обычно значительно меньше напряжения в пучности. Проверка линии на электрическую прочность связана с рас четом колебательного напряжения на аноде лампы, т. е. с расчетом режима электронной лампы, и поэтому в приве денном выше примере не проводится.
Определив диаметры проводников коаксиального резона тора, перейдем к расчету его основных параметров: доброт ности Q и эквивалентного резонансного сопротивления /?.эо- В основу расчета этих параметров может быть положен как энергетический [4], так и импедансный метод [3]. Предполо жим, что колебательная система образована однородной коаксиальной линией, замкнутой на конце торцовым короткозамыкателем. К началу линии может подключаться некото рая емкость С0, укорачивающая ее резонансную длину 10.
Как показано в [4], резонансное эквивалентное сопротив ление, приведенное к началу линии и обусловленное только потерями в цилиндрических поверхностях такой системы,
|
|
|
Яи |
2Z0* |
1 |
rn , |
|
|
|
Ri |
' \ k |
[0м] |
|
|
|
|
|
|||
|
1 |
|
1 |
[Ом/см | |
сопротивление единицы |
|
где /?, = |
Rs -D |
|
^ izd |
|||
|
длины (погонное сопротивление) линии резонатора; |
|||||
|
. |
, |
sin 20 |
|
|
|
k = |
О |
' |
~ 2 в ~ |
|
|
|
•— |
|
,, g------- коэффициент, учитывающий уко |
||||
|
рочение резонансной длины резонатора емкостью С0; |
|||||
О = |
2тс/0 [рад]—электрическая длина резонатора; |
|||||
/0 [см]— геометрическая длина |
резонатора, |
вычисляемая по- |
|||||||
|
|
формуле (3). |
|
емкости Со резонансная |
длина |
||||
В отсутствии |
укорачивающей |
||||||||
линии |
1 |
\ |
|
. ^0 |
где « |
= |
0 , 1 , 2 . . . , |
при этом |
О |
lQ-— |
|
1 “ |
|||||||
, О |
|
1 \ |
и |
2 « - |
1 |
|
|
|
|
2-(2 п |
г 1); |
k |
= — |
|
|
|
|
|
|
23
Резонансное эквивалентное сопротивление, приведенное к началу линии и обусловленное только потерями в короткозамыкателе,
Якз = |
Z 2 |
sin2 в [Ом I, Г кз = Г д + гк |
, |
~ |
|||
|
ГКЗ |
|
|
где /"кз [Ом] — сопротивление закорачивающего |
диска (11); |
||
гк = гК 1 /к [Ом] — сопротивление контактного соединения ко аксиальной линии с короткозамыкателем;
гК 1 = 0,001 и-0,01 [Ом/м] — удельное сопротивление контакт ного соединения;
/к[м] — периметр контактного соединения.
Поскольку Дц и Яиз были приведены к началу линии как параллельные сопротивления, полное резонансное эквива лентное сопротивление
^эО---
RiC'r Rin
Добротность колебательной системы 0 может быть опре делена по формуле (1), в которой мощность потерь Р 1= РЦ+ + Ркз, где Рц— мощность потерь в цилиндрических проводни ках коаксиальной линии; Р1!3— мощность потерь в короткозамыкателе и контактном соединении.
Источники потерь можно считать независимыми, тогда общие потери равны сумме составляющих, а величина
1 1 |
. |
1 |
(14) |
|
Q |
Qu + |
0 ^ |
||
|
где Qn— добротность, обусловленная только потерями в про водниках; Qk.4 — добротность, обусловленная только потерями в корткозамыкателе и контактном соединении. Согласно [4] частные составляющие добротности, вычисленные по фор муле (1), равны
|
|
(15) |
Qk3 ~ Qu. |
R {).0k |
sin- 0 |
|
(16) |
|
|
2rK, |
|
Q
где 3 = . ло
24