Основная характеристика трансформатора частотная, представляет собой зависимость рабочего затухания L от электрической длины ступени θ=2πl /Λ. Рабочее затухание характеризует потери в трансформаторе за счет отражений от него. Области изменения θ, где величина L мала, называют полосами пропускания трансформатора, а где велика – полосами заграждения.

Плавный переход может рассматриваться как предельный случай ступенчатого перехода при n→∞ при заданной величине ln . По сравнению со ступенчатым, плавный переход более прост в

расчете конструкции и имеет более широкую полосу пропускания, но его длина значительно больше.

1.4. Неподвижные соединения

Неподвижные соединения – это элементы линий передачи, служащие для соединения отрезков линий и устройств. Соединения коаксиальных линий, а также переход от коаксиальной линии к полосковой осуществляется с помощью специальных высокочастотных разъемов штепсельного типа.

Рис. 1.7

Конструкция разъемов довольно сложна. Однотипные волноводы соединяются с помощью контактных фланцев или дроссельно-фланцевых соединений. Контактные фланцевые соединения применяются для широкополосных волноводных трактов. Соединяемые секции волноводов плотно прижимаются друг к другу с помощью плоских фланцев (рис. 1.7), стягиваемых винтами или струбцинами. Для получения минимального коэффициента отражения необходимо точное совпадение сечений волноводов. Для хорошего электрического контакта соединяемые поверхности фланцев должны быть тщательно обработаны.

Для получения коэффициента отражения Г≈0,1% в контактном соединении необходимо выдерживать внутренние размеры волноводов с точностью 0,2%, боковое смещение соединяемых

секций не должно превышать 1%, взаимный поворот 2°. Контактные соединения относительно дороги, а их качество существенно ухудшается после повторных сборок, поэтому их применяют в неразборных волноводных трактах.

Дроссельно-фланцевые соединения (рис. 1.8) применяют в тех случаях, когда соединение двух волноводных линий должно обеспечить минимальный коэффициент отражения в узком частотном диапазоне. Этот тип соединения более надежен в эксплуатации при производстве частых сборок и разборок соединения. Соединение состоит из фланцев плоского и с кольцевой выточкой (дроссельной канавкой) вдоль оси волновода, и проточкой в поперечной плоскости. При соединении фланцев между концами волноводов образуется зазор, замыкающийся на выточке. Кольцевая выточка образует четвертьволновую короткозамкнутую линию.

9

Рис. 1.8

Зазор между фланцами от края волноводного отверстия до выточки образует радиальную четвертьволновую линию. Эти линии в сумме составляют полуволновую короткозамкнутую линию Г- образной формы. Ее входное сопротивление равно нулю, волноводы как бы идеально прилегают друг к другу, и энергия высокочастотных колебаний беспрепятственно распространяется в месте соединения волноводов. Хорошо выполненное дроссельное соединение обеспечивает коэффициент отражения Г≤1% в полосе частот порядка 20%. Дроссельное соединение допускает меньшую по сравнению с контактным точность изготовления волноводов, не столь чувствительно к взаимным смещениям волноводных секций, и поэтому оно более дешево. Многократные разборка и сборка почти не увеличивают коэффициент отражения от соединения.

Для изменения направления волноводного тракта и соединения волноводов с различными поперечными сечениями служат переходные секции, конструктивно представляющие собой, отрезки волноводов с фланцами на концах. Волноводные уголки и изгибы (рис. 1.9) представляют собой нерегулярности, распределенные вдоль линии на расстоянии, сравнимом с длиной волны. Такой распределенной нерегулярности придают форму, обеспечивающую минимальные отражения.

В прямоугольном волноводе с волной типа H10 уголки (рис. 1.9, а, б) и радиусные изгибы (рис.

1.9, в) могут быть выполнены как в E так и в H плоскости. Кроме того, уголки могут быть простые и двойные. В радиусных изгибах отражение минимально, если средняя длина L изогнутого участка кратна величине Λ/2 . Можно, показать, что коэффициенты отражения в сечениях А и Б (рис. 1.9, в) противоположны по знаку, это связано с тем, что в первом сечении кривизна волново-

да увеличивается скачком		от 0 до 1/R, а во втором уменьшается на ту же величину. При
L=m(Λ/2) , где	m=1,2,3... ,	происходит противофазное сложение отраженных от сечений А и Б
волн.
а)	б)	в)

А

Б

Рис. 1.9

Наличие двух скосов (рис. 1.9, а) и двухуголковая (рис. 1.9, б) конструкция изгибов обеспечивают взаимную компенсацию волн, переотраженных от двух неоднородностей. Плавные изгибы более громоздки, но обладают более высокими качественными показателями.

10

Рис. 1.10

Для изменения плоскости поляризации применяют скрутку волновода по оси (рис. 1.10). Длину скрутки выбирают равной целому числу полуволн в волноводе. Для работы в широкополосных

устройствах длина скрутки должна быть не менее 2...3Λ.

1.5. Трансформаторы типов волн. Подвижные и вращающиеся соединения

Трансформаторы типов волн служат для соединений линий передачи, в которых используются различные типы волн. Эти трансформаторы называют также возбуждающими устройствами. В технике СВЧ применяют большое число таких устройств различных конструкций.

Для соединения коаксиальной линии с волноводом используют волноводно-коаксиальные переходы (ВКП), являющиеся трансформатором волны типа T в коаксиальной линии в волны типа H и E в прямоугольном волноводе (рис. 1.11). Для возбуждения волны типа H в волновод вводится штырь (зонд) перпендикулярно продольной оси волновода (рис. 1.11, а, б), а для возбуждения волны типа E штырь вводится с торца волновода (рис. 1.11, в).

а)		б)
				в)

Рис. 1.11

Штырь – продолжение внутреннего проводника коаксиальной линии – служит антенной, излучающей электромагнитную энергию в волновод или отбирающей ее из волновода. Для получения минимального отражения волн от перехода необходимо согласовать коаксиальную линию и вол-

новод. Согласование осуществляется подбором длины штыря l1 , расстояния l2 от штыря до заглушки (поршня), замыкающей накоротко волновод, и расстояния l3 от штыря до ближайшей уз-

кой стенки волновода (рис. 1.11, а). Для согласования перехода в диапазоне частот используется подвижный короткозамыкающий поршень, компенсирующий реактивную составляющую входного сопротивления штыря.

Переход от прямоугольного волновода с волной H10 к круглому с волной H11 происходит за счет постепенной деформации поперечного сечения волновода от прямоугольного к круглому (рис. 1.12). Если длина перехода составляет примерно длину волны в волноводе или больше ее, то его полоса пропускания равна полосе частот круглого волновода с волной типа H11. Размеры перехода выбирают такими, чтобы в заданном диапазоне частот в нем могли распространяться только низшие типы волн, соответственно H10 в прямоугольном и H11 в круглом волноводе. Для уменьшения размеров перехода можно использовать компактные, но более узкополосные ступенчатые переходы.

11

Рис. 1.12

Подвижные волноводные соединения применяют для смещения и поворота в небольших пределах одной части волноводного тракта относительно другой. Они делятся на нерезонансные и резонансные. Нерезонансные гибкие волноводы имеют или гофрированные стенки (рис. 1.13, а) с глубиной гофр порядка нескольких миллиметров или стенки, навитые спирально с зацеплением гусеничного типа (рис. 1.13, б). Для повышения механической прочности гибкий волновод покрывают резиновой оболочкой.

Резонансный гибкий волновод представляет собой набор очень коротких секций волновода, каждая из которых присоединяется к соседней с помощью дроссельно-фланцевого “сочленения” (рис. 1.13, в), обеспечивающего замыкание по высокой частоте в местах соединений. Зазоры между секциями служат для возможных незначительных смещений секций, позволяющих изгибать или скручивать волновод в небольших пределах. Для компенсации отражений, возникающих в

разрывах между секциями, берется длина секций Λ/4. Резонансный гибкий волновод имеет повышенные потери за счет просачивания энергии в зазоры между секциями, поэтому для экранировки его помещают в гибкую металлическую сетку.

а)

б)

в)

Рис. 1.13

Вращающиеся соединения служат для передачи энергии при непрерывном круговом вращении одной части фидерного тракта относительно другой. Для обеспечения невозмущенной передачи энергии (без модуляции за счет вращения) во вращающихся соединениях используют круглые волноводы с типами волн, поля которых имеют осевую симметрию (Е01, H01 и др.) и коаксиальные линии.

Вращающиеся волноводные соединения содержат два перехода от прямоугольного волновода с волной типа H10 к круглому с симметричной волной Е01 и устройство, обеспечивающее вращение одной части круглого волновода относительно другой.

Вращающееся соединение, использующее круглый волновод с волной Е01, показано на рис. 1.14. Прямоугольный 1 и круглый 2 волноводы связаны с помощью круглого отверстия в широкой стенке прямоугольного волновода. Для устранения возникающей в круглом волноводе несимметричной волны H11, низшей по отношению к волне Е01, используется металлический кольцевой фильтр 4. Волна типа Е01 в круглом волноводе создает интенсивные продольные поверхностные токи. Поэтому во вращающемся соединении соединение 3 дроссельно-фланцевое.

12