Спрямовані відгалужувачі з одним і двома елементами зв’язку

Найпростіші СВ містять один-два елементи зв’язку. Найбільш розповсюдженою конструкцією одноелементного СВ є відгалужувач Бете (рис.1.3).

Рис. 1.3. Спрямований відгалужувач Бете

Елемент зв’язку виконаний у вигляді круглого отвору посередині широкої стінки хвилеводу. Електричне поле первинного хвилеводу збуджує у вторинному дві синфазні хвилі з однаковою амплітудою, які розповсюджуються в протилежних напрямках

. (1.12)

Магнітне поле збуджує у вторинному хвилеводі також дві хвилі однакової амплітуди, але вони протифазні

, (1.13)

де r – радіус отвору зв’язку; F_e і F_m – функціональні залежності ослаблення, що вносяться елементом зв’язку, від товщини спільної стінки СВ для електричних і магнітних складових поля. Для круглого отвору в широкій стінці

, . (1.14)

Електромагнітні хвилі, що збуджуються у вторинному хвилеводі, сумуються в одному напрямку і віднімаються в протилежному. Оскільки магнітний зв’язок залежить від взаємного розташування хвилеводів (кутаθ), то можна, обертаючи хвилеводи відносно один до одного, зрівняти амплітуди хвиль таі таким чином здійснити спрямоване збудження хвилеводів.

Другим найпростішим СВ є відгалужувач на взаємоперпендикулярних хвилеводах (рис.1.4,а). Для зв’язку використовуються круглі або хрестоподібні отвори. Такий відгалужувач не має нескінченної спрямованості. Найбільша спрямованість буде в тому випадку, коли x₀ мінімальне, тобто отвори торкаються боків квадрата, що окреслює спільну площину обох хвилеводів і .

Рис. 1.4. Спрямовані відгалужувачі на перехрещених хвилеводах:

а – з одним круглим отвором; б – з двома хрестоподібними отворами

У такому випадку спрямованість СВ буде

, (1.15)

а перехідне ослаблення –

, (1.16)

де d – діаметр отвору зв’язку, t – товщина спільної стінки, коефіцієнти ослаблення F_e і F_m розраховуються за формулами (1.14).

Розглянутий СВ використовується, коли немає потреби у великій спрямованості. Аналогічна конструкція СВ з хрестоподібним отвором зв’язку має назву частотонезалежного відгалужувача, тому що якщо геометричні розміри хреста (l – довжина плеча хреста, w – ширина щілини) були вибрані так, що задовольняється умова

, (1.17)

перехідне ослаблення СВ

(1.18)

не залежить від частоти.

Спрямованість такого відгалужувача

, (1.19)

де – критична довжина хвилі для отвору зв’язку,,– коефіцієнти ослабленняелектричних і магнітних складових поля для хрестоподібного отвору зв’язку.

Знизити перехідне ослаблення СВ на перехрещених хвилеводах можна за допомогою використання двох отворів зв’язку, розташованих уздовж діагоналі спільної області (рис.1.4,б). У такому СВ в області розташування елементів зв’язку магнітне поле має протилежно спрямовану поляризацію. У результаті чого отвори збуджують у вторинному хвилеводі протилежно спрямовані хвилі, які віднімаються в напрямку плеча 2 і сумуються в напрямку плеча 4, тому що в ньому хвиля, збуджена другим елементом, має додатковий фазовий зсув на кут π через те, що проходить додаткову відстань Λ/2. Оскільки елементи зв’язку розташовані в точках з відносно слабкою напруженістю поля, хрестоподібні СВ мають підвищену електричну міцність і використовуються при високих рівнях потужності.

Більш поширені СВ з неспрямованимі елементами зв’язку, тобто з такими, що збуджують у вторинному хвилеводі хвилі з рівними амплітудами. Прикладом відгалужувача з неспрямованимі елементами зв’язку є СВ з отворами у вузькій стінці (рис.1.5). У такому відгалужувачі два круглих отвори розташовані на відстані один от одного (Λ – довжина хвилі у хвилеводі).

Рис.1.5. Спрямований відгалужувач з двома елементами зв’язку

Кожний отвір збуджує у вторинному хвилеводі пару хвиль рівної амплітуди A, які розповсюджуються в протилежних напрямках, причому збуджена хвиля перебуває у фазі з хвилею в первинному хвилеводі, що її збуджує. Таке збудження вторинного хвилеводу називають синфазним.

У точці ІІ хвиля, збуджена отвором І у вторинному хвилеводі, відстає за фазою на π/2, а хвиля, що збуджена отвором ІІ у цій точці, має однакову фазу з хвилею в первинному хвилеводі, тому сумарна амплітуда хвилі, що розповсюджується вправо у вторинному хвилеводі, буде

.

Хвиля, що поширюється вліво від точки І, буде

,

тому що запізнюється за фазою тільки хвиля, що збуджується отвором ІІ, яка запізнюється на π/2 в первинному і на таку ж величину у вторинному хвилеводі. Це запізнення обумовлено різніцею ходу в Λ/4, яка пройде хвилею двічі.

Перехідне ослаблення такого СВ може бути розраховане за формулою

, (1.20)

де r – радіус отвору, t – товщина спільної стінки.

Спрямованість такого відгалужувача теоретично дорівнює нескінченності на довжині хвилі, для якої відстань між отворами зв’язку дорівнює Λ/4. Якщо позначити через Λ₀ розрахункову довжину хвилі, а через Λ – робочу, то спрямованість на хвилі Λ дорівнює

, (1.21)

де . Таким чином, бачимо, що спрямованість такого відгалужувача дуже залежить від довжини хвилі.