1.4. Шестиполюсники нвч

Ш

Рис. 1.93

естиполюсники НВЧ (рис.1.93) являють собою з'єднання трьох хвилеводів і тому називаються трійниками. Основне призначення трійників – розподіл (підсумовування) ЕМХ.

Найбільше поширення одержали трійники на прямокутних, коаксіальних і смугових хвилеводах. Ці пристрої є самими численними елементами і дозволяють створювати розгалужені хвилевідні тракти.

Основні властивості взаємного шестиполюсники без утрат, описуваного симетричною унітарною матрицею розсіювання, полягає в наступному:

1) у загальному випадку він є неузгодженим, тобто

, , ;

2) за допомогою зовнішніх пристроїв, що погодять, або зміною внутрішньої структури шестиполюсника можна погодити тільки одне (будь-яке) плече, у той час як інші два залишаться неузгодженими, тобто із трьох коефіцієнтів відображення , , і тільки один з них може стати рівним нулеві;

3) при подачі сигналу в погоджене плече коефіцієнт розподілу потужності між іншими плічми забезпечується будь-який.

Крім розподілу і підсумовування потужності шестиполюсники застосовуються в пристроях комутації ЕМХ, у поляризаційних фільтрах і в розглянутих раніше погоджуючих пристроях (шлейфах) і частотних фільтрах.

1.4.1. Схеми заміщення трійникових з’єднань хвилеводів

1 .4.1.1. Схема заміщення поперечної щілини в широкій стінці прямокутного хвилеводу та трійника в площині Е (Е-трійника)

Поперечна щілина (рис. 1.94. а) перериває лінії поздовжнього струму, і між її краями виникає різниця потенціалів. Можна вважати, що поздовжнє електричне поле уздовж щілини розподілене за синусоїдним законом.

З

Рис. 1.94

амінивши хвилеводи І і ІІ еквівалентними довгими лініями, за допомогою результатів п. 1.4.2 [] одержимо схему заміщення хвилеводу, збуджуваного поперечною щілиною, і всього трійникового з’єднання (рис. 1.94.б, де переріз 1 – 1 відповідає площині щілини зв’язку). Якщо розміри щілини дорівнюють поперечному перерізу хвилеводу (d = b, а' = а), схема спрощується (рис .1.94.в), оскільки п^ІІ = 1 та jB_ІІ = 0.

1

Рис. 1.95

.4.1.2. Схема заміщення поздовжньої щілини у вузькій стінці прямокутного хвилеводу та трійника в площині Н (Н-трійника)

Схему заміщення такого пристрою (рис.1.95. а). згідно з п. 1.4.2 [2] зображено на рис. 1.95 б. У цю схему введено відрізок лінії довжиною /4, тому що замикання щілини в площині А в реальному хвилеводі робить його регулярним – у ньому немає ніякого збурення процесу поширення основної хвилі. Такі умови для еквівалентної довгої лінії на схемі заміщення можна створити, якщо площину А – А КЗ шлейфа на схемі заміщення віддалити від неї саме на /4.

1.4.2. Струмове збудження хвилевідно-резонаторних пристроїв

1.4.2.1 Вхідний опір хвилеводів у разі струмового збудження

У техніці НВЧ для передачі потужності з коаксіальної лінії у хвилевід і назад застосовують таки взаємні шестиполюсники як коаксіально-хвилевідні перехіди (КХП). Вони мають задовольняти такі вимоги:

 хороше узгодження з коаксіальним і хвилевідним трактами в робочій смузі частот;

 передача заданої потужності без пробою та з малими втратами;

 раціональне конструктивне виконання (для певного застосування) і низька вартість.

Особливі вимоги до КХП різного призначення визначають різноманітність їх видів.

Постають такі задачі теоретичного аналізу КХП:

 складання схеми заміщення;

 визначення амплітуд збуджуваних електричних і магнітних хвиль;

 визначення вхідного опору хвилеводу.

Р озглянемо зміст і послідовність розв’язання цих задач, уважаючи відомими (рис. 1.96.а):



_ст

I₀

Z_вх

закон розподілу густини збуджувального (стороннього) струму в об’ємі штиря й амплітуду струму І₀ в його основі;

 власні векторні функції (ВВФ) хвилеводу [2] та хвильовий опір коаксіальної лінії.

П

Рис. 1.96

оставлену задачу розв’яжемо за допомогою двох відомих виразів (отриманих в курсах теорії електричних кіл і технічної електродинаміки з різних передумов) для потужностей, що надходять із коаксіальної лінії у хвилевід.

Потужність, що віддається з коаксіалу у хвилевід,

(1.71)

Тут U₀ та I₀  амплітуди напруги та струму в основі штиря; символ «*» позначає комплексно-спряжену величину.

З іншого боку, Р_вх можна розглядати як випромінювану в хвилевід потужність стороннього струму, розподіленого по об’єму штиря:

(1.72)

Підставимо у вираз (1.72) значення напруженості поля у вигляді ряду за ВВФ Отримаємо співвідношення

(1.73)

де Прирівнявши праві частини виразів (1.71) і (1.73), після перетворень (з урахуванням того, що U_v = Z_v I_v), одержимо

(1.74)

д е

Схему заміщення КХП, побудовану відповідно до виразу (1.74), подано на рис. 1.96.б. Амплітуду кожної v-ї хвилі I_v обчислюють за заданою густиною стороннього струму:

Схему заміщення переходу в разі поширення однієї основної хвилі показано на рис. 1.96.в. Як і в раніше розглянутому випадку, штрих у позначеннях на рисунку означає, що складаються перераховані в первинну обмотку реактивні характеристичні опори всіх місцевих полів. Характеристичний опір Z₁ поширюваної хвилі не входить у суму, і цій хвилі на схемі відповідає окрема лінія з фазовою постійною ₁ і характеристичним опором Z₁.