Основные элементы и узлы линий передачи

В фидерном тракте кроме направленной передачи электромагнитной энергии осуществляются деление и сложение мощности, всевозможные переключения, амплитудная, частотная и фазовая обработка высокочастотных сигналов, селекция сигналов по частоте и поляризации, калиброванное ослабление сигналов и т.д. Поэтому количество типов элементов и узлов линий передачи, разработанных к настоящему времени, весьма велико.

Условимся называть элементом линии передачи простейшее одиночное устройство, выполняющее одну функцию в данной линии передачи, а узлом линии передачи - устройство, выполняющее одну или несколько функций и состоящее из двух и более элементов. Элементом, например, является волноводный уголок, а узлом - вращающееся сочленение.

1. Классификация элементов и узлов линий передачи. Будем классифицировать элементы и узлы по функциям, которые они выполняют в линии передачи, независимо от того, для какой цели выполняется та или иная функция. Основные типы элементов и узлов, разделенные по указанному признаку, приведены в табл. 18.1.

2. Многополюсники, эквивалентные данному элементу или узлу, составляются обычно на основе равенства их коэффициентов отражения и передачи соответствующим коэффициентам реальных элементов и узлов.

Фидерный узел и его эквивалентная схема в общем виде показаны на рис. 18.1,а и б соответственно. Узел, или элемент, извне ограничивается выходными (входными) соединительными фланцами I или другими соединительными устройствами. Каждый отдельный вход или выход узла (элемента) называется плечом. Подключаемые к плечам узла отрезки линий передачи, ведущие к другим элементам фидерного тракта (нагрузкам II, источникам электромагнитной энергии III и т. п.), называются каналами фидерного узла. Нумерацию плеч и каналов обычно делают одинаковой.

На эквивалентной схеме каждое плечо изображается двумя клеммами (полюсами) эквивалентных двухпроводных линий. Если фидерный узел содержит N плеч, то эквивалентная ему схема будет 2N-полюсником. Например, трехплечий узел по эквивалентной схеме будет шестиполюсником и т.д.

3. Электрические характеристики фидерных элементов и узлов многообразны, их набор и значения различны для различных узлов. Имеется, однако, ряд характеристик, общих для всех элементов и узлов. К ним относятся:

- электрическая прочность; выражается в предельно допустимой мощности, передаваемой через узел, в предельно допустимом напряжении (для элементов и узлов с волной типа ТЕМ) или в предельной напряженности электрического поля (для волн типа Н или Е);

- ширина полосы рабочих частот f;

- коэффициент полезного действия h или потери мощности в узле, выражаемые в децибелах;

- коэффициент передачи по мощности

L_ij(w )=P_ij/P_i, (18.1)

где P_{ij -} активная мощность, поступившая от i-го плеча, на выходе j-го плеча при подключении к нему и всем другим плечам согласованных нагрузок, а P_{i -} активная мощность на входе i-го плеча; для взаимных устройств (не меняющих своих свойств при изменении направления передачи) L_{ij= Lji}, для невзаимных устройств это равенство не имеет места. Коэффициент передачи по мощности часто выражается в децибелах

L_ij(w )= - 10lg(P_ij/P_i), (18.2)

причем знак минус перед логарифмом обеспечивает получение положительных значений коэффициентов передачи (в пассивных элементах и узлах всегда Р_ij<Р_i);

_- комплексный коэффициент отражения на входе t-го плеча

, (18.3)

где и - комплексные амплитуды отраженной и падающей волн на входе i-го плеча при условии, что ко всем остальным плечам подключены согласованные нагрузки.

Таблица 18.1

Рис. 18.1. Фидерный узел с N каналами (а)

и его эквивалентная схема в виде 2N-полюсника (б).

Определенные соотношениями (18.1) и (18.3) коэффициенты передачи и отражения, которые характеризуют собственно узел, не нужно путать с этими же коэффициентами, определяемыми для конкретных включений узла, когда некоторые плечи могут оказаться не согласованными со своими каналами.

Для каждого направления передачи через узел (от i-го входа к j-му выходу) будут свои значения каждой из перечисленных характеристик.

Количество коэффициентов отражения, которые необходимо знать для полной характеристики узла, равно числу плеч N, а количество каждой из остальных характеристик (P_макс, f, h , L) для взаимных устройств равно, очевидно, числу сочетаний из N элементов по два:

С²_N ^{= N!/(N-2)!2!. (18.4)}

Если устройство невзаимное, то L_ij L_ji, f _ij f _ji и т. д., поэтому количество каждой из этих характеристик, требуемых для полного описания свойств узла, определяется числом размещений из N элементов по два:

А²_N^{= N!/(n-2)!. (18.5)}

В том случае, когда одни направления передачи содержат невзаимные элементы, а другие - нет, число необходимых характеристик будет промежуточным между С²_N и А²_N и должно вычисляться осо