К объяснению однонаправленности в связанной линии

Направленные свойства ответвителя на связанных отрезках ЛП возникают благодаря явлению распространения и сочетания четных и нечетных нормальных -волн. Например, в НО с боковой связью СПЛ (рис. 15.7.4) четная и нечетная волны имеют эпюры силовых линий электрического поля, показанные на рис. 15.7.7, и их сочетание обеспечивает направленное свойство ответвителя [15.27]. Хотя строгий электродинамический вывод параметров НО на связанных отрезках ЛП (в идеализированном случае) [15.2, 15.26, 15.27] непрост, саму возможность однонаправленности в связанной линии легко аргументировать на качественном уровне [15.31]. Рассмотрим четырехпортовое устройство на отрезках связанных ЛП, схематично показанное на рис. 15.7.8. Между основной (порт 1 – порт 2) и дополнительной (порт 3 – порт 4) линиями имеется как распределенная индуктивная, так и распределенная емкостная связи. Пусть в основной линии распространяется -волна или квази- -волна тока от порта 1 к порту 2. За счет емкостной связи в дополнительной линии наводятся две волны тока и , распространяющиеся в противоположных направлениях, а за счет индуктивной связи – одна волна тока , распространяющаяся, согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, в направлении, противоположном волне тока . На порте 3 волны тока и синфазны, поэтому некоторая часть входной мощности волны тока попадает в порт 3. В идеале электрические и геометрические параметры НО должны быть подобраны так, чтобы волны тока и на порте 4 были противофазны, тогда они взаимно уничтожатся и никакая мощность не попадает в порт 4. В результате в идеале имеем противонаправленный НО с бесконечной направленностью.

Вернувшись к конструкции НО на связанных МПЛ, показанной на рис. 15.7.6, заметим, что она имеет более узкий диапазон рабочих частот, чем НО на СПЛ или НПЛ, и даже после экспериментальной доработки ее направленность не превышает 12…14 дБ [15.26]. Усовершенствованные конструкции НО на МПЛ описаны в [15.2]; среди них наилучшей является конструкция, известная как НО Ланге, использующий несколько связанных проводников и металлические перемычки между ними; в этом НО удается добиться [15.32] практически постоянного коэффициента связи и направленности не менее 24 дБ в октавном диапазоне частот.

Важнейшие требования приложений к характеристикам НО СВЧ-диапазона: достаточно высокая минимальная по диапазону направленность, ширина рабочего частотного диапазона, заданное значение коэффициента связи и достаточно малая его вариабельность в рабочем диапазоне. Неудовлетворенность конструкторов СВЧ-техники выполнением этих требований первоначальными конструкциями НО на связанных ЛП стимулировала создание в последнюю четверть века значительного числа все более сложных и критичных к технологическим допускам НО высокой направленности и сверхширокополосности. Значительное разнообразие этих конструкций позволяет составить некоторую классификацию по признакам: регулярности-нерегулярности, однородности-неоднородности связываемых линий, конфигурации линий, ступенчатости-плавности их структуры, симметричности-несимметричности конструкции относительно вертикальной плоскости.

Отечественные конструкции

Приведем несколько конструкций НО отечественной разработки на связанных плавных нерегулярных линиях передачи (НЛП) [15.17]. Сейчас общепринято, что именно использование таких ЛП создает принципиальную возможность реализации сверхширокополосных НО, наилучшим образом сочетающих выполнение вышеприведенных требований. Необходимым условием этого является стабильность диэлектрических свойств заполнения связанных линий, чему в наибольшей степени удовлетворяют высокодобротные линии с воздушным заполнением.

На рис. 15.8.1 показана конструкция унифицированного несимметричного НО на нестандартных полосковых линиях. Расстояние «в» между частями 1 и 2 корпуса в зоне проводников равно 5, 54 мм, при этом волновое сопротивление одиночной полосковой линии с круглым внутренним проводником диаметром 3.04 мм равно 50 Ом. Проводники 3 и 4 основного и дополнительного каналов имеют слева от плоскости 5 постоянное круглое сечение диаметром 3,04 мм (см. сечение А-А), а затем их ширина монотонно убывает (см. сечение Б-Б) вплоть до начала изгиба проводников 7 в зоне перехода от связанных ЛП к подводящим коаксиальным линиям 8.