Основные элементы и узлы линий передачи. Делители мощности

1. Назначение делителей мощности -разделение энергии из одного канала в несколько каналов или сложение ее из нескольких каналов в одном. В последнем случае делители мощности называются сумматорами.

Простейшими делителями мощности являются тройники. Более сложными делителями являются направленные ответвители и мостовые соединения. Так как эти устройства выполняют, кроме разделения, другие функции, то они рассматриваются в следующих параграфах отдельно.

2. Коаксиальный тройник показан на рис. 18.42,а. Если два плеча этого соединения нагружены на сопротивления, равные волновому, то третье, питающее плечо оказывается рассогласованным; в этом плече K_бв=0,5.

Тройник в жесткой коаксиальной линии показан на рис. 18.42,б. Для компенсации емкостной реактивности в месте разветвления применяется утолщение центрального провода. Согласование тройников выполняется с помощью четвертьволновых трансформаторов и короткозамкнутых шлейфов.

Рис. 18.42. Коаксиальный тройник.

3. Волноводные тройники (Т-образные разветвления) показаны на рис. 18.43. Н-плоскостное разветвление (рис. 18.43,а) на эквивалентной схеме (рис. 18.43,б) представляется [2] параллельным соединением линий, так как продольные токи на широких стенках волновода в месте соединения разветвляются на два направления. При переходе электромагнитной энергии из бокового ответвления 3 в основной волновод 1-2 направление электрического вектора в месте разветвления не изменяется. Поэтому на одинаковых расстояниях от разветвления колебания в плечах 1 и 2 будут иметь одинаковую фазу. Н-плоскостной тройник выполняется обычно так, что размеры поперечного сечения и, следовательно, волновые сопротивления всех трех волноводов одинаковы. Если плечи 1 и 2 нагружены на одинаковые сопротивления, отстоящие на одинаковых расстояниях от разветвления, то мощность, поступающая в плечо 3, поровну делится между плечами 1 и 2. Аналогичная картина будет наблюдаться при передаче мощности из любого плеча.

Рис. 18.43. Волноводные тройники.

При нагрузке двух плеч согласованными сопротивлениями третье, питающее плечо оказывается рассогласованным. Рассогласование вызывается также наличием отражений от неоднородности, которую представляет собой разветвление. На приближенной эквивалентной схеме влияние неоднородности представляется реактивным сопротивлением X, подключаемым параллельно разветвлению. В зависимости от соотношения между рабочей длиной волны и размерами волноводов это сопротивление может быть как индуктивным, так и емкостным.

Эскиз Т-образного разветвления в плоскости Е представлен на рис. 18.43,в. Ответвление в плоскости Е (от широкой стенки) является последовательным, так как продольный поверхностный ток полностью проходит через ответвление. Как и всякая неоднородность в плоскости Е, Т-образное разветвление вносит добавочную реактивность емкостного характера, представленную на эквивалентной схеме (рис. 18.43,д) в виде реактивной проводимости В, включаемой параллельно ответвлению и последовательно с основным волноводом. Волновое сопротивление ответвления W' в общем случае отлично от волнового сопротивления основной линии W, так как размеры узкой стенки b' и b ответвления и основного волновода могут быть разными.

Рис. 18.44. Y-образное разветвление.

Т-образное разветвление в плоскости Е обладает тем свойством, что при переходе электромагнитной энергии из ответвления 3 в основной волновод 1-2 фазы вектора напряженности электрического поля в сечениях, находящихся на одинаковых расстояниях от оси разветвления, противоположны (рис. 18.43,г). При одинаковых нагрузках плеч 1 и 2, расположенных на одинаковых расстояниях от оси разветвления, мощность, поступающая из плеча 3, поровну делится между этими нагрузками. При подаче мощности в плечи 1 или 2, даже при нагрузке других плеч согласованными сопротивлениями, мощности в двух других плечах в общем будут разными.

Компенсация отражений от тройников, возникающих как за счет соединения плеч, так и за счет неоднородности, которой является разветвление, производится в основном индуктивными диафрагмами и ступенчатыми трансформаторами, устанавливаемыми во всех трех плечах.

Сравнивая Е- и Н-разветвления, можно отметить, что Н-разветвление может пропустить большую мощность, а Е-разветвление меньше меняет реактивность в диапазоне частот, т.е. имеет несколько большую полосу пропускания, однако оба они являются узкополосными элементами.

4. Более широкую полосу пропускания имеют Y-образные разветвления. На рис. 18.44,а показано Y-разветвление для разделения мощности на две равные части, а на рис. 18.44,б - разветвление с изменяемым коэффициентом деления. И в том и в другом случае используется делительная металлическая вставка, по ширине равная размеру широкой стенки волновода.