Волноводный щелевой мост

21.4. Волноводный щелевой мост

Наиболее распространенная конструкция Н-плоскостного щелевого моста представлена на рис. 21.4.1(переходы для подключения волноводов к плечам моста на рисунке не показаны). Чтобы не усложнять изложения, будем полагать бесконечно тонкой толщину металлической боковой стенки, общей для волноводов в плечах 1 и 4, а также в плечах 2 и 3. Практически толщина этой стенки редко превышает 4,6-3 мм.

Пусть плечи 2, 3 и 4 щелевого моста натружены на согласованные нагрузки, а в плече 1 возбуждена волна , амплитуду которой положим равной единице. Отсутствие возбуждения в плече 4 можно рассматривать как результат одновременного воздействия на плечо 4 двух противофазных волн с амплитудой, равной 0,5. Волну единичной амплитуды в плече 1 можно рассматривать как сумму двух синфазных волн Н₁₀ с половинной амплитудой. Поэтому возбуждение плеча 1 волной единичной амплитуды (рис. 21.4.2а) и отсутствие поля в плече 4 эквивалентно одновременному возбуждению плеч 2 и 4 по следующим двум схемам:

- плечи 1 и 4 -возбуждены в иротивофазе волнами половинной амплитуды (рис. 2i 1.4.26');.

- плечи 1 и 4 возбуждены синфазно волнами половинной амплитуды (рис. 21.4.2s).

Две противофазные волны в плечах 1 и 4 составляют одну волну , распространяющуюся в волноводе удвоенной ширины. Эта волна, распространяясь в области щели ( на рис. 21.4.26), получает фазовый сдвиг, равный

(21.4.1)

где - длина.щели, и (21.4.2)

Вплечах 2 и 3 волна снова распадается на две противофазные волны . Временная векторная диаграмма полей в плечах моста при противофазном возбуждении имеет вид, изображенный на рис. 21.4.3а. При синфазном возбуждении (рис. 21.4.2в) плечи 2 и 4 возбуждены в фазе. Bo всех точках, расположенных вдоль средней линии щели, поля, возникающие за счет излучения энергии из волноводов 1 и 4 в область щели, складываются в фазе. Благодаря этому в волноводе шириной возбуждаются только те колебания, которые имеют пучность электрического поля в точке , т. е. энергия двух волн , распространяющихся в плечах 1 и 4, трансформируется в энергию волн и т. д.

Выберем размеры волноводов, образующих щелевой мост так, чтобы во всем рабочем диапазоне моста из всего бесконечного спектра волн в волноводе удвоенной ширины распространялась волна и не распространялись волны . и т. д. Для этого необходимо, чтобы соблюдалось условие (21.4.3)

где - минимальная длина волны рабочего диапазона моста.

Фазовая скорость волны в волноводе шириной согласно (14.1,30) равна , (21.4.4)

а фазовая скорость волн того же типа в узких волноводах (плечи 1 и 4) равна .(21.4.5)

Так как , то в сечении =0 (см. рис. 21.4.2s) имеет место скачок фазовой скорости. Таким образом, переход синфазной волны из узких волноводов в широкий эквивалентен переходу волны из среды с одним коэффициентом преломления в среду с другим коэффициентом преломления. Соответственно в месте перехода возникает отраженная волна (см. рис. 21.4.2в). По этой же причине возникает отраженная волна при переходе из широкого волновода в узкие. Для компенсации отраженной волны в мост вводят согласующие элементы: индуктивные или емкостные штыри. На рис. 21.4.1 показаны согласующие элементы в виде двух индуктивных штырей.

Bсогласованном щелевом мосте вся энергия синфазных волн , поступающих из плеч 1 и 4, преобразуется в энергию волны широкого волновода. Распространяясь по волноводу, эта волна отстает на угол (21.4.6)

где ,(21.4.7)

и при переходе из широкого волновода в узкий снова распадается на две синфазные волны в плечах 2 и 3. Соответствующая векторная диаграмма полей в плечах моста изображена на рис. 21.4.36.

Для определения полных полей во всех плечах моста следует просуммировать поля, векторная диаграмма которых изображена на рис. 21.4.3а, с соответствующими полями, векторная диаграмма которых изображена на рис. 21.4,36. Результаты сложения показаны на рис. 21.4.4а. Как видно из рисунка, рассматриваемое устройство при произвольных значениях и не обладает свойствами моста, так как . Однако, если так подобрать длину щели, чтобы

(21.4.8)

то векторная диаграмма будет иметь вид, изображенный на рис. 21.4.46, и рассматриваемое устройство приобретает свойства моста. Отметим, что при выполнении равенства (21.4.8) волна в плече 3 отстает пофазе от волны в плече 2 на 90° (см. рис. 21.4.46).

Необходимая длина щели определяется из равенства (21.4.8) после подстановки в него вместо и их значений из (21.4.1) и (21.4.6):

(21.4.9)

Тождественными свойствами обладает щелевой мост при возбуждении любого другого плеча:

- энергия, поступающая в любое плечо щелевого моста, делится поровну между двумя противолежащими плечами. В смежное плечо при наличии согласующих элементов энергия не поступает; •

- сдвиг фаз между полями в плечах, противолежащих входному, равен 90°, причем опережает по фазе волна в том плече, продольная ось которого совпадает с продольной осью входного плеча (например, плечи 1 и 2 на рис. 21.4.2).

Преимуществами щелевого моста перед мостами другого типа являются: простота его конструкции; отсутствие элементов, снижающих его пробивную прочность (при согласовании индуктивными шпильками), а также широкий рабочий диапазон, в пределах которого сохраняется почти равное деление мощности между двумя плечами.

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 Следующая ⇒