- •1.5. Спрямовані восьмиполюсники
- •1.5.1. Параметри спрямованих відгалужувачів і сфери їх застосування
- •1.5.2. Класифікація спрямованих відгалужувачів
- •1.5.3. Спрямовані відгалужувачі
- •1.5.3.1. Спрямований відгалужувач з двома отворами зв’язку
- •1.5.3.2. Відгалужувачі зі спрямованими елементами зв’язку
- •1.5.3.3. Спрямованні відгалужувачі у коаксіальному, смужковому та оптичному
- •1.5.4. Нвч мости
- •1.5.4.1. Шлейфний міст
- •1.5.4.2. Подвійний хвилевідний трійник
- •1.5.4.3. Кільцевий хвилевідний міст
- •1.5.4.4. Щілинний хвилевідний міст
- •1.5.4.5. Мости Ланге
- •Висновки
- •Запитання та завдання
- •Висновки
- •Запитання та завдання
1.5.3.2. Відгалужувачі зі спрямованими елементами зв’язку
Спрямованого відгалуження енергії можна досягти й за допомогою тільки одного елемента зв’язку внаслідок особливого характеру електромагнітної взаємодії між ЛП.
Одним із спрямованих відгалужувачів такого типу (відгалужувач Бете) показаний на рис. 1.120. Він складається із основного (1-2) та допоміжного (3-4) хвилеводів, посередині
а) Рис. 1.120 б) Рис.1.121
спільної широкої стінки котрих зроблений круглий отвір. Вісі хвилеводів розвернуті на деякий кут . В плече 4 допоміжного хвилеводу включається індикаторний пристрій, а в плече 3 – узгоджене навантаження.
Якщо по основному хвилеводу енергія розповсюджується в напрямку 1-2 (падаюча хвиля), то частина цієї енергії відгалузиться в плече 4. Якщо по основному хвилеводу енергія розповсюджується в напрямку 2-1 (відбита хвиля), то частина цієї енергії відгалузиться в плече 3, де вона поглинеться навантаженням. Таким чином, покази індикатору в цьому випадку будуть пропорційні рівню потужності падаючої хвилі. При зворотному ввімкненні спрямованого відгалужувача (падаюча хвиля йде в напрямку 2-1) індикатор буде давати покази, пропорційні рівню потужності відбитої хвилі, а енергія, відгалужена за рахунок падаючої хвилі, буде поглинатися в узгодженому навантаженні. Спрямованість в даному відгалужувачі досягається за рахунок елементу із змішаним зв’язком. Але, як буде показано нижче, отвір сам по собі дає погану спрямованість. Добра спрямованість забезпечується підбором кута повороту вісей хвилеводів.
Розглянемо принцип роботи відгалужувача із одним отвором зв’язку. Отвір, що з’єднує основний і допоміжний хвилеводи, можна розглядати як відрізок круглого хвилеводу. Діаметр отвору робиться малим по відношенню до довжини хвилі, тому такий хвилевід є граничним для всіх типів хвиль.
Вище вказувалося, що отвір, прорізаний в широкій стінці, збуджується електричним і магнітним полем, тобто він забезпечує електромагнітний зв’язок.
Зручно
окремо розглянути „електричне” (рис.
1.121, 1.122) і „магнітне” (рис. 1.123, 1.124)
збудження. Крім того, спочатку покладемо,
що хвилеводи співвісні, тобто кут
рівний
нулю. Як видно з рис. 1.121, електричне поле
хвилі
,
що розповсюджується в основному
х
Рис. 1.122
Рис. 1.123
Таким чином, в отворі збуджується електромагнітна хвиля. За структурою електричного поля видно, що за рахунок „магнітного” збудження в отворі з’являється хвиля . Хвиля збуджує у допоміжному хвилеводі хвилю , що розповсюджується в напрямі пліч 3 та 4. Амплітуди коливань в плечах 3 та 4 однакові, а фази відрізняються на 180º. Причина різних фаз збуджених хвиль полягає тим, що поле несиметрично відносно вісі отвору. Крім того, завдяки асиметрії поля хвилі амплітуда збуджуємих у допоміжному хвилеводі коливань залежить від кута розвороту вісей хвилеводів. Максимальна амплітуда буде спостерігатись при співвісних хвилеводах (рис. 1.124). Якщо = 90º, то енергія із основного хвилеводу за рахунок „магнітного” зв’язку не відгалужується, так що у допоміжному хвилеводі збуджуються хвилі вищих типів, наприклад , для котрих хвилевід є граничним.
Розглянемо сумарний результат електромагнітного збудження. З рис. 1.121 та рис. 1.123 видно, що хвилі, які розповсюджуються в сторону плеча 4 допоміжного хвилеводу знаходяться в фазі, а хвилі, які розповсюджуються в сторону плеча 3 – протифазні. Як би амплітуди хвиль, що з’являються за рахунок „магнітного”та „електричного” збуджень, були рівні, то вся відгалужена енергія йшла би у плече 4, так як у зворотному напрямку відбувалася би взаємна компенсація електромагнітних коливань. Однак інтенсивність „магнітного” збудження більша, ніж „електричного”, тому повної компенсації хвиль в плече 3 не відбувається. Ось чому при співвісних хвилеводах спрямованість є поганою.
Д
Рис. 1.124
О
Рис. 1.125
плече не відгалужується.
Величина кута при цьому залежить від діаметру отвору, частоти, а також від товщини стінок хвилеводів.
Правильно сконструйований і точно виконаний спрямований відгалужувач із одним отвором зв’язку має спрямованість порядку 30-40 дБ.
Рис. 1.126
віднімаються, а в іншому –сумуються. Отже, принцип роботи спрямованого відгалужува-ча з хрестоподібним отвором зв’язку такий же, як і у описаних вище відгалужувачів.
Однак принцип роботи відгалужувача з хрестоподібним отвором зв’язку зручно розглянути, уявивши допоміжний хвилевід у вигляді еквівалентної двупровідної лінії із
Рис. 1.127
Визначимо, на якій відстані від вузької стінки хвилеводу (рис. 1.126) треба розташовувати центр отвору зв’язку. Скористаємося виразами для компонент магнітного поля хвилі і прирівняємо амплітудні значення та :
. Звідси отримаємо
або ,
отже . Наближено ця відстань дорівнює , де - розмір широкої стінки хвилеводу.
Крім хрестоподібного можна використовувати круглий, еліптичний і інші отвори. Основними перевагами спрямованого відгалужувача із хрестоподібним отвором зв’язку є мала залежність перехідного послаблення від частоти і мала критичність точності розташування центру щілин.
Для збільшення спрямованості і широкосмуговості іноді застосовуються відгалужувачі з двомя хрестоподібними отворами (рис. 1.128).
Рис. 1.128