С.5. Волноводные аттенюаторы

Волноводные аттенюаторы – это устройства, предназначенные для ослабления мощности сигналов, передаваемых по линии передачи.

Возможны два способа ослабления проходящей мощности: путём отражения части волны обратно к генератору или за счёт поглощения части мощности в поглощающем элементе. Для отражения той или иной доли падающей мощности применяются реактивные элементы без потерь, включаемые в линию, согласованную по входу. Второй способ ослабления осуществляется в проходных элементах с большими активными или диэлектрическими потерями.

Основными параметрами аттенюаторов являются:

1. З атухание (ослабление), вносимое аттенюатором, которое определяется

[дБ],

где , – мощность на входе и соответственно на выходе аттенюатора.

2. Зависимость затухания от частоты.

3. Начальное затухание (для переменных аттенюаторов).

4. Коэффициент бегущей волны в рабочей полосе частот.

В диапазоне СВЧ, при необходимости получения большого ослабления, часто используют реактивный аттенюатор, получивший название запредельный (или предельный), представляющий собой отрезок волновода длиной , который работает в области частот, лежащих ниже критической частоты.

Из теории волноводов известно, что на частотах ниже критической, векторы поля имеют постоянную фазу, а их амплитуды убывают вдоль волновода по экспоненциальному закону. Затухание, вносимое запредельным аттенюатором пропорционально длине и практически не зависит от частоты.

Достаточно широкое распространение получили на практике аттенюаторы поглощающего и поляризационного типов.

Поглощающие аттенюаторы представляют собой нагрузки в виде диэлектрических пластин (стекло, фарфор и др.) с нанесённым на их поверхность поглощающим материалом (графит, нихром, платина и др.).

На рис. С.4 показано поперечное сечение двух типов конструкций поглощающих аттенюаторов. На этих рисунках приведено распределение амплитуды вектора волны Н ₁₀ в поперечном сечении волновода, а через 1 и 2 обозначены поглощающие пластины.

В одной конструкции поглощающие пластины 1 и 2 расположены па­раллельно узкой стенке прямоугольного волновода. Если по волноводу рас­пространяется волна Н₁₀, то на пластинках наводится ток (пластины парал­лельны вектору напряженности поля волны Н ₁₀). Это приводит к поглоще­нию части мощности волны, распространяющейся по волноводу. Меняя расстояние между пластинами и узкой стенкой волновода можно в значи­тельных пределах изменять величину затухания, вносимого аттенюатором. Затухание меняется потому, что изменяется величина плотности тока, наведенного на пластинах ().

В другой конструкции, приведен­ной на рис. С.4, поглощающая пластина 1 вводится в волновод через узкую щель, прорезанную посреди широкой стенки волновода. При этом меняется величина затухания, вносимого аттенюатором, так как изменяется площадь пластины, на которой наводится ток.

Аттенюаторы поглощающего типа могут быть как с переменным ослаблением, так и с фиксированным. Преимущества поглощающих аттенюаторов – относительная простота конструкции. Недостаток – наличие зависимости затухания от частоты.

Поляризационный аттенюатор (рис. С.5) состоит из отрезка цилиндрического волновода круглого сечения 1 и двух переходов 2 с круглого сечения волновода на прямоугольное (на входе и выходе).

Рисунок С.5 – Поляризационный аттенюатор

Внутри волновода 1 и в каждом переходе 2 расположены поглощающие пластины 3. Центральная часть – круглый волновод вместе с пластиной – могут поворачиваться вокруг продольной оси волновода.

На входе аттенюатора волна прямоугольного волновода преобра­зуется с помощью перехода 2 в волну круглого волновода. На выходе производится обратное преобразование.

Когда плоскости всех трёх пластин совпадают, то вектор падающей волны перпендикулярен к поверхности поглощающих пластин, ток в пластинах не наводится и поглощения нет.

Пусть средняя пластина повёрнута на угол относительно крайних пластин. В этом случае имеется проекция вектора на пластину в круглом волноводе, следовательно в пластине возникает ток и часть энергии проходя­щей волны будет преобразовываться в тепловую энергию, рассеиваемую в пластине. Изменяя угол наклона пластины в круглом волноводе, можно изменять величину ослабления проходящей волны.

Максимальное ослабление имеет место при .