- •1.1. Загальні характеристики хвилевідних трактів ткс
- •1.1.1. Призначення і склад типового хвилевідного тракту телекомунікаційних
- •1.1.2. Загальні принципи конструювання пристроїв і трактів нвч
- •1.1.3. Вибір типу лінії передачі і її розмірів
- •1.1.4. Особливості експлуатації хвилевідних трактів
- •Висновки
- •Запитання та завдання (див. Також мод.1)
- •1.2. Багатополюсники нвч і методи їхнього опису
- •1.2.1. Хвильова матриця розсіювання
- •1.2.2. Хвильова матриця передачі чотириполюсника
- •1.2.3. Зв’язок елементів матриць передачі та розсіювання
- •1.2.4. Хвильові матриці простих чотириполюсників та восьмиполюсників
- •Висновок
- •Запитання та завдання
- •1.3. Чотириполюсники нвч
- •1.3.2. Хвилевідні зчленування
- •1.3.2.1. Контактні зчленування
- •1.3.2.2. Безконтактні зчленування
- •1.3.2.3. Гнучкі зчленування
- •1.3.2.4. Обертові зчленування
- •1.3.4. Хвилевідні поглинаючі навантаження
- •1.3.5. Хвилевідні атенюатори
- •1.3.5.1. Поглинаючі змінні механічно керовані атенюатори
- •1.3.5.2. Фіксовані атенюатори на смужкових лініях
- •1.3.5.3. Граничні атенюатори
- •1.3.6. Фазообертачі
- •1.3.7. Перетворювачі поляризації (поляризатори)
- •1.3.8. Хвилевідні фільтри типів хвиль
1.3.6. Фазообертачі
Фазообертачі – це пристрої, що служать для зміни фази ЕМХ, що поступає на їх вхід. Вони поділяються на прохідні і відбивні, плавні (аналогові) і стрибкоподібні (дискретні), з механічним управлінням фазовим зрушенням і електричним.
Виходячи з класичної формули для фази коливань
, (1.33)
де відповідно еквівалентна діелектрична і магнітна проникність, на фіксованій частоті фазу можна регулювати шляхом:
зміни геометричної довжини ;
зміни фазової швидкості ЕМХ, тобто шляхом зміни хвилевої (електричної) довжини ( ) відрізку лінії передачі;
В другому випадку =2 , де - довжина хвилі в хвилеводі, і звідси
витікає, що зміна фази ЕМХ можна забезпечити:
включенням в лінію передачі зосередженої реактивності (у загальному випадку
регульованої);
2) зміною шляхом варіювання розмірами поперечного розрізу хвилеводу;
зміною значень та завдяки введенню в хвилевід діелектричної або магнітодіелектрічної пластини.
На практиці застосовують прохідні і відбивні фазообертачі.
Прохідний фазообертач – це двоплічний пристрій. В ідеальному випадку ЕМХ повинна проходити з входу на вихід такого пристрою без віддзеркалень та загасання, отримуючи лише фазовий зсув У цьому випадку фазообертач можна уявити у вигляді еквівалентного чотириполюсника, матриця розсіяння якого має вигляд:
.
Відбивний фазообертач є одноплічним пристроєм, який в ідеальному випадку повністю відображає ЕМХ, що поступає на його вхід. При цьому фаза відбитої хвилі змінюється на по відношенню до фази падаючої хвилі. Такий фазообертач можна уявити у вигляді еквівалентного двополюсника, описуваного коефіцієнтом віддзеркалення на вході Фазовий зсув, що вноситься фазообертачем, може бути або фіксованим, або керованим. У фазообертачах з регульованим фазовим зсувом величина може змінюватися плавно (плавні або аналогові фазообертачі) або стрибкоподібно (дискретні фазообертачі).
Управління фазовим зрушенням, що вноситься, зазвичай здійснюють механічним або електричним шляхом. У механічних фазообертачах зміна фазового зрушення, що вноситься, відбувається внаслідок переміщення окремих елементів конструкції, а в
електричних - зміна фазовій швидкості хвилі здійснюється дією електричних сигналів, що подаються.
Нижче розглядаються найбільш поширені конструкції механічних фазообертачів (електрично керовані фазообертачі вивчаються в другому розділі мод.2 дисципліни).
З
Рис. 1.35
Рис. 1.36
Друга схема (рис.1.36) виконана на основі хвилевідного щілинного моста, у вихідних плечах якого встановлені рухливі короткозамикаючі поршні. За властивостями щілинного моста хвиля, що поступає на його одне вхідне плече, ділиться порівну між вихідними плечима, відбивається від короткозамикачів і знову складається сінфазно в другому
вхідному плечі моста. Фазовий зсув, що вноситься, в даному фазообертачі визначається подвоєною відстанню, на яку синхронно переміщуються поршні, оскільки ЕМХ спочатку поширюючись убік короткозамикачів проходить відстань , а потім відбиваючись від них проходить його ще раз.
Зміну фазової швидкості хвилі, що поширюється по відрізку лінії, можна забезпечити за допомогою зміни параметрів середовища, що заповнює цей відрізок. При цьому можна отримати фазовий зсув, що вноситься, не змінюючи довжину відрізка лінії. Зокрема, конструктивно в прямокутний хвилевід з основною хвилею Н10 вводиться тонка діелектрична пластина завдовжки паралельно його вузьким стінкам (див. рис. 1.25, тобто, як в атенюаторі, але без поглинаючого шару). В останньому випадку фазообертач називають діелектричним і пластину переміщують від краю (вузька стінка хвилеводу) до центру прямокутного хвилеводу за допомогою тримача, пропущеного через отвір в бічній стінці хвилеводу і пов'язаного з механізмом переміщення зі шкалою, відградуйованої у відносних одиницях або безпосередньо в градусах. Для зменшення віддзеркалень кінці пластини загострюють.
При просуванні пластини в область більшої концентрації поля Е (до центру поперечного перетину прямокутного хвилеводу (див. рис. 1.28.а.)) збільшується уповільнення хвилі в хвилеводі і зростає запізнювання, що вноситься пластиною, а значить і зміна фази, що вноситься пристроєм. Математично це оцінюється шляхом заміни у формулі для на ефективну діелектричну проникність эф= Vф0 /Vф , яка змінюється приблизно від одиниці (пластина біля вузької стінки) до деякої максимальної величини (пластина розташована в середині широкої стінки). Це пов'язано з тим, що поблизу вузької стінки, де амплітуда вектора Е близька до нуля, потужність, що переноситься ЕМХ, дорівнює нулю, а всередині широкої стінки, де амплітуда вектора Е максимальна, максимальна і енергія, що переноситься хвилею усередині пластини.
Перевагою таких фазообертачів є конструктивна простота і невеликі габарити. Недолік – втрати в діелектриці.
Ф азообертачі, у яких зміна фазової швидкості хвилі здійснюється шляхом зміни застосовуються порівняно рідко. У якості прикладу на рис. 1.37 наведено конструкцію такого фазообертача на відрізку прямокутного хвилеводу з основною хвилею, в якого на ділянці по середній лінії обох широких стінок прорізають подовжні невипромінюючі щілини.
Рис. 1.37
Загальні переваги механічних фазообертачів:
- велика точність установки фази;
- мала залежність від зовнішніх умов.
Недолік – мала швидкість зміни фази. Цей недолік усувається електрично керованими фазообертачами.