Основные элементы и узлы линий передачи. Развязывающие устройства. 1. Типичными развязывающими устройствами являются:

1. Типичными развязывающими устройствами являются:

- поглотительные, предельные и вентильные аттенюаторы;

- направленные ответвители;

- циркуляторы.

Перечисленные устройства могут быть выполнены в коаксиальном, полосковомволноводном вариантах.

Рассмотренные в § 18.8 мосты могут также использоваться и в качестве развязывающих устройств.

Специфическими электрическими характеристиками развязывающих устройств являются: переходное затухание (ослабление) L_з и направленность L_н. Эти величины есть соответствующие коэффициенты передачи по мощности (см. § 18.1, п. 3). Обозначим номером 1 плечо, из которого электромагнитные колебания поступают в узел, 2 и 3 - плечи, в которые передаются электромагнитные колебания с требуемым ослаблением, и 4 - плечо, в которое колебания не должны поступать, т.е. плечо, развязываемое от входного плеча 1.

Для двуплечих взаимных узлов определяется только ослабление; оно равно L_з=-10lg(P₁₂/P₁). В четырехплечих узлах величины L_з¹²=-10lg(Р₁₂/P₁) и L_з¹³=-10lg(Р₁₃/P₁) являются ослаблением для соответствующих направлений передачи, а величины L_н²⁴=-10lg(Р₁₄/P₁₂) и L_н³⁴=-10lg(Р₁₄/Р₁₃) определяют направленность передачи в каналы 2 и 3 соответственно по отношению к каналу 4.

2. Аттенюаторы являются двуплечими устройствами, предназначенными для заданного фиксированного или регулируемого ослабления интенсивности электромагнитных колебаний.

3. Аттенюаторы поглотительного типа работают по принципу поглощения и рассеяния на тепло части мощности проходящей электромагнитной волны.

Рис. 18.48. Аттенюаторы.

На рис. 18.48,а изображен вариант выполнения волноводного регулируемого аттенюатора. В прямоугольном волноводе 1 с волной типа Н₁₀ в середине широкой стенка прорезана узкая продольная щель 2, через которую в волновод вдвигается поглощающая пластинка 3. Она представляет собой диэлектрическую пластинку, покрытую слоем сажи, графита или другого материала, интенсивно поглощающего электромагнитные волны. Степень поглощения, т.е. величина ослабления, зависит от площади пластинки, находящейся внутри волновода.

На этом же принципе могут быть построены и фиксированные аттенюаторы.

Отражения в аттенюаторах поглотительного типа малы, а ослабление слабо зависит от частоты.

4. Аттенюаторы предельного типа основаны на использовании линий передачи, поперечные размеры которых меньше критических для распространяющегося типа волны.

На рис. 18.48,б показан предельный коаксиальный аттенюатор. Он образован коаксиальной линией 1, центральный провод 2 которой имеет разрыв на участке 3 длиной l. Этот участок коаксиальной линии является круглым волноводом, в котором с помощью диска 4 возбуждается волноводная волна типа Е₀₁. Диаметр D волновода выбирается так, чтобы критическая длина волны l_кр01=1,305D была меньше рабочей длины волны. Волновод 3 и диски 4 составляют собственно предельный аттенюатор. Его ослабление быстро возрастает при уменьшении относительного диаметра D/l. Длина предельного аттенюатора получается небольшой. Так, для получения ослабления L_з=30 дБ (уменьшение передаваемой мощности в 1000 раз) на волне l=10 см при D=1,5 см необходимая длина аттенюатора составляет всего 1 см.

Ослабление предельных аттенюаторов сильно зависит от частоты. На эквивалентной схеме аттенюатор представляется емкостью С (рис. 18.48,б), величина которой тем меньше, чем больше L_з. На входе аттенюатора происходит сильное отражение электромагнитных волн, тем большее, чем больше L_з. Поэтому такие аттенюаторы являются узкополосными.

5. Аттенюаторы с использованием невзаимных свойств ферритов отличаются тем, что их ослабление зависит от направления распространения, т.е. для этих устройств L_з^12>L_з²¹.

Это свойство определяет вентильное действие невзаимных устройств с двумя входами. Вентильные свойства характеризуются направленностью L_н. Величина направленности (в децибелах) может быть рассчитана через известные переходные затухания до формуле

L_н = L_з²¹-L_з¹².

На рис. 18.48,в показано поперечное сечение вентиля, основанного на эффекте смещения поля в прямоугольном волноводе. Вентиль содержит поперечно-намагниченную ферритовую пластинку 1, на которую нанесен поглощающий слой 2. Эскиз этой пластинки показан на рис. 18.48,г.

Если на рис. 18.48,в направление хода волны соответствует направлению от читателя за чертеж, то, обращаясь к рис. 18.5,а можно видеть, что поглощающая пластинка находится вне области интенсивного электрического поля. Поглощение при этом будет небольшим. При распространении волн в обратном направлении поглотитель будет находиться в максимуме распределения электрического поля, что вызовет интенсивное поглощение.

Рис. 18.49. Принципиальная схема направленного ответвителя.

6. Направленные ответвители предназначены для направленной передачи электромагнитной энергии из одной линии передачи в другую, причем так, что направление передачи энергия во второй линии зависит от направления передачи в первой линии. Бели из одной линии в другую передается заметная часть мощности, то направленные ответвители можно отнести к классу делителей мощности, а если небольшая часть, то - к классу развязывающих устройств.

Направленные ответвители могут быть как взаимными, так и невзаимными.

На рис. 18.49 показана принципиальная схема включения, направленного ответвителя, соединяющего линии 1-2 и 3-4. Если электромагнитная энергия передается из плеча 1 в плечо 2, то часть ее ответвляется в плечо 4, а в плечо 3 энергия не поступает. Если передача идет из плеча 2 в плечо 1, то часть ее ответвляется в плечо 3, а в плечо 4 энергия не поступает.

Пусть основная передача идет в направлении от плеча 1 к плечу 2. Тогда величина L_з¹² называется ослаблением в прямом направлении, величина L_з¹⁴- ослаблением в направлении ответвления, а величина L_н=-10lg(P₁₃/Р₁₄)- направленностью направленного ответвителя.

7. Основные типы направленных ответвителей:

- коаксиальные и волноводные с одиночными элементами связи, обладающими собственной направленностью (отверстия и петли связи);

- коаксиальные и полосковые двух- и многошлейфовые;

- полосковые с использованием полей рассеяния;

- волноводные многодырочные и многостержневые;

- волноводные со щелевой связью.

В конструкциях и принципах действия направленных ответвителей и мостов много общего. Например, направленный ответвитель, у которого ослабление равно 3 дБ (мощность плеча 1 поровну делится между плечами 2 и 4), является мостом. Этот режим, однако, не характерен для направленных ответвителей. Создано большое количество различных по принципу действия и характеристикам направленных ответвителей [1, 3-5]. Рассмотрим один из наиболее широко распространенных.

8. Волноводный многодырочный направленный ответвитель (рис. 18.50) состоит из основного волновода с плечами 1 и 2 и вспомогательного волновода с плечами 3 и 4. Волноводы на некотором участке соединяются по широкой или узкой стенке. В общей стенке прорезаются отверстия 5, от числа, диаметра и расположения которых зависят ослабление и направленность.

Для вспомогательного волновода отверстия связи являются излучателями, образующими линейную решетку. Если основной волновод в области отверстий имеет постоянную ширину, а отверстия расположены на одинаковом расстоянии друг от друга то эта решетка будет линейно-фазной. Разность фаз возбуждения отверстий y=2pd/L. Электромагнитные волны во вспомогательном волноводе, возбужденные отверстиями распространяются влево и вправо по волноводу. При этом разность фаз за счет разности хода полей от соседних излучателей при равной ширине волноводов равна 2pd/L. Таким образом, разность фаз возбуждения излучателей равна разности фаз за счет разности хода электромагнитных волн между ними. Как показано в гл. 3, такая решетка является решеткой продольного излучения с максимумом излучения, ориентированным в сторону отстающих по фазе излучателей. При указанном на рис. 18.50 направлении распространения ответвление мощности будет происходить в основном в плечо 4 и в меньшей степени в плечо 3. Чем больше число отверстий, тем больше направленность.

Расстояние d может быть любым, однако наилучшие результаты по согласованию и направленности получаются при d=L₀/4 где L₀- длина волны в волноводе на средней частоте рабочего диапазона.

Если ответвление мощности необходимо только при передаче в направлении 1-2, то в плечо 3 ставится нагрузка, которая поглощает ответвленную мощность при передаче в обратном направлении.