Квадратные мосты

21.5. Квадратные мосты

Коаксиальный квадратный мост представляет собой симметричное последовательное или параллельное сочленение отрезков коаксиальной линии. При параллельном сочленении волновые проводимости и длина отрезков подбираются обычно, как показано на рис. 21.5.1. На этом же рисунке указаны размеры элементов моста. Аналогично выполняется квадратный мост из прямоугольных волноводов.

Возбуждение плеча 1 волной единичной амплитуды эквивалентно одновременно синфазному и противофазному возбуждению плеч 1 и 4 волнами половинной амплитуды. Эпюра напряжений и токов в элементах моста при синфазном возбуждении плеч 1 и 4 и включении согласованных нагрузок в плечах 2 и 3 изображена на рис. 21.5.2. В точках Е и F моста, равноудаленных как от входа 1, так и от входа 4, напряжения, создаваемые синфазными волнами, складываются в фазе, а токи вычитаются, что соответствует режиму холостого хода в сечении линий, где расположены точки Е и F. Очевидно, что указанное на рис. 21.5.2 распределение тока и напряжения не изменится, если действительно осуществить режим холостого хода, т. е. если разомкнуть линии в точках F и Е. Поэтому анализ моста при синфазном возбуждении сводится к анализу двух одинаковых и не связанных друг с другом сочленений, изображенных на рис. 21.5.3.

Входная проводимость разомкнутых на конце отрезков линий АЕ и BF длиной согласно (16.3.8) равна

(21.5.1)

Четвертьволновый отрезок линии между точками А и В с волновой проводимостью трансформирует в соответствии с (19.3.4) проводимость , на которую он нагружен, в (21.5.2)

где (см. рис. 21.5.3) и (21.5.1)) (21.5.3)

Подставляя (21.5.3) в (21.5.2), получаем (21.5.4)

Линия в плече 1 с волновой проводимостью напружена на сопротивление с проводимостью: (21.5.5)

которая с учетом (21.5.1) и (21.5.4) равна (21.5.6)

Таким образом, плечо 1, как и плечо 4, при синфазном возбуждении нагружено на сопротивление, равное волновому, и поэтому вся энергия из плеча 1 проходит в плечо 2. Аналогичным образом вся энергия из плеча 4 поступает в плечо 3. Электромагнитная волна, проходя из плеча 1 в плечо 2, (либо из плеча 4 в плечо 3) отстает по фазе на угол, равный

(21.5.7)

где и - сдвиг по фазе, приобретаемый волной при прохождении соответственно точек А и В, а - сдвиг по фазе, получаемый волной при прохождении отрезка АВ.

Так как , то (21.5.8)

В точке А линия с волновой проводимостью нагружена на два параллельно включенных сопротивления: входное сопротивление шлейфа АЕ, равное (см. 21.5.1), и входное сопротивление отрезка АВ линии с волновой проводимостью . (Поэтому коэффициент отражения в точке А согласно (16.3.7) равен

Комплексная амплитуда напряженности электрического поля на входе отрезка АВ (в точке А) равна сумме комплексных амплитуд падающей и отраженной волн, т. е. пропорциональна величине

(21.5.9)

Как следует из равенства (2l.5.9), волна в отрезке линии АВ возбуждается со сдвигом по фазе, равным

(21.5.10)

В точке В линия с волновой .проводимостью нагружена на два параллельно включенных сопротивления: входное сопротивление шлейфа BF, равное (см. (21.6.1)), и входное сопротивление отрезка линии с волновой проводимостью . Соответственно

(21.5.11)

Как следует из равенства (21.5.ll), волна на входе плеча 2 возбуждается со сдвигом по фазе, равным

(21.5.12)

Подставляя в (21.5.7) вместо и их значения из (21.5.8), (21.5.10) и (21.5.12), получаем

(21.5.13)

Временная векторная диаграмма полей в плечах моста при синфазном возбуждении показана на рис. 21.5.4а.

Эпюра токов и напряжений в элементах моста при противофазном возбуждении плеч 1 и 4 представлена на рис, 21.5.5. В отличие от случая синфазного возбуждения, ток в точках Е и F достигает максимума, а напряжение равно нулю. Поэтому анализ моста опять сводится к анализу двух одинаковых и не связанных друг с другом сочленений, изображенных на рис. 24.5.6 и состоящих из отрезков линии, соединяющих плечи 1, 2 и 4, 3, к которым подключены короткозамкнутые отрезки длиной . Входная проводимость коротко замкнутых отрезков согласно (16.3:8) равна

(21.5.14)

Заменив в (21.5,5) - (21.5.13) на , получаем: (21.5.15) (21.5.16)

Следовательно, согласование сохранится и при противофазном возбуждении. Соответствующая векторная диаграмма полей в плечах моста изображена на рис. 21.5.46.

Суммарная векторная диаграмма изображена на рис. 21.5.4в. Как видно из рисунка, при возбуждении плеча 1 волной единичной амплитуда энергия делится поровну между плечами 2 и 3, причем поля в плечах 2 и 3 сдвинуты по фазе друг относительно друга на 90°. Так как в режиме синфазного и противофазного возбуждения плечо 4 идеально согласовано, то из плеча 1 в плечо 4 энергия не поступает.

Основным недостатком описанного квадратного моста является сравнительная узость рабочей полосы частот. Следует отметить, что ширина полосы может быть существенно расширена путем увеличения числа поперечных шлейфов и соответствующего удлинения моста.

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 Следующая ⇒