Поглинальні атенюатори на прямокутному хвилеводі

Принцип дії поглинальних атенюаторів базується на явищі згасання електромагнітних хвиль у матеріалах з великим коефіцієнтом поглинання. Типовий поглинальний атенюатор низького рівня потужності складається з відрізка хвилеводу (чи іншої лінії передачі), у якому розташовані поглинальні елементи, виготовлені у вигляді пластин. Матеріалом для пластин може бути діелектрик з поглинальним шаром. Такими поглинальними матеріалами є полізалізо, фероепоксид, матеріали на базі вуглецевого наповнювача. Для ефективного поглинання НВЧ енергії пластини повинні розташовуватися в площині вектора електричного поля у хвилеводі.

Приклад конструктивного виконання регульованого поглинального атенюатора, виконаного на прямокутному хвилеводі з хвилею типу Н₁₀, показаний на рис.7.2. Регулювання послаблення здійснюється переміщенням пластини у хвилеводі від вузької стінки в напрямку до середини широкої стінки. Найбільше ослаблення хвилі досягається, коли пластина розташована в центрі хвилеводу, тобто в максимумі електричного поля хвилі Н_10. Для зменшення відбиття від конструкції пластину закріплюють на двох стрижнях, які відстоять один від одного на чверть хвилі.

Рис.7.2. Поглинальний атенюатор на прямокутному хвилеводі

Інша конструкція базується на введенні пластини паралельно вектору Е крізь вузьку повздовжню невипромінюючу щілину всередині широкої стінки хвилеводу (атенюатор ножового типу). Регулювання величини згасання досягається зміною глибини занурення пластини. Суттєвим недоліком є залежність фазового зсуву від глибини занурення пластини (конструкція за винятком поглинального матеріалу збігається з конструкцією фазообертача). Для усунення цього недоліку діелектрична пластина виготовляється у вигляді диска, на якому ексцентрично розташований поглинальний шар у вигляді круга меншого діаметра. При прокручуванні диска змінюється об’єм поглинального матеріалу, зануреного у хвилевід, але не змінюється об’єм діелектрика, який впливає на фазовий зсув.

Подібні хвилевідні змінні атенюатори виготовляються із згасанням від 0,1 до 30–40 дБ при роздільній здатності 0,05–0,1 дБ та КСХН не більше 1,2 у смузі частот 10–15%. При більших значеннях не можна забезпечити необхідну точність встановлення згасання. Для отримання більших значень згасання включають послідовно декілька атенюаторів.

Фіксовані атенюатори забезпечують згасання 3, 5, 10, 20 дБ при КСХН 1,02–1,05 у смузі частот 10–20% від середньої частоти.

Поляризаційні поглинальні атенюатори

Принцип дії атенюатора пояснений на рис.7.3. Атенюатор складається з трьох секцій. Крайні секції I і ІІІ закріплені нерухомо і являють собою переходи від прямокутного хвилеводу до круглого, а середня секція II являє собою круглий хвилевід і може обертатись навколо поздовжньої осі.

Усередині кожної секції розташовані поглинальні пластини. Пластини в крайніх секціях розташовані в площині, паралельній широкій стінці прямокутного хвилеводу, тобто перпендикулярно вектору електричного поля основної хвилі хвилеводу – Н₁₀. Тому вони не поглинають цю хвилю. У секції II поширюється основна хвиля круглого хвилеводу – Н₁₁. Тому при орієнтації поглинальної пластини в цій секції паралельно пластинам крайніх секцій послаблення хвилі Н₁₁ теж не буде. Якщо секція II повернена на кут  , то вектор електричного поля хвилі може бути розкладений на дві складові частини: паралельну площині пластини з амплітудою E₀ sin і перпендикулярну їй з амплітудою E₀cos . Друга з них дійде до розрізу Б, а перша буде поглинута тому, що її вектор напруги електричного поля орієнтований паралельно площині поглинальної пластини в секції II. Хвилю, яка пройшла секцію II, також можна розкласти в секції ІІІ на дві: хвилю, електричний вектор якої паралельний площині поглинальної пластини, розташованої в секції III, і хвилю з електричним вектором, перпендикулярним площині пластини. Остання з амплітудою

(E₀cos )cos =E₀cos²

(рис.7.3) без згасання пройде секцію III, а перша буде поглинута пластиною.

Коефіцієнт передачі через систему дорівнює K=Е_вих/Е_вх=сos² . Очевидно, що за відсутності відбиття від кінців пластин і при великій поглинальній здатності пластин коефіцієнт передачі через систему залежить не від частоти, а тільки від кута  , тому градуювання такого атенюатора можна точно розрахувати.

Типові значення меж зміни згасання становлять від 1 до 50 дБ, при похибці дБ для згасань менших за 10 дБ тадля більших значень згасання, при цьому значення КСХН менше за 1,15.

Рис.7.3. Схема атенюатора і діаграми напруженості електричного поля

На схемах атенюатори позначаються, як показано на рис.7.4.

Рис.7.4. Позначення атенюаторів на схемах: а – поглинальний фіксований;

б – поглинальний регульований; в – граничний