Направленные ответвители с ненаправленными элементами связи

Направленный ответвитель можно получить и при ис­пользовании ненаправленных элементов связи. Не­направленным элементом связи называется такой элемент, который воз­буждает во вспомогатель­ном волноводе электро­магнитные волны с рав­ными амплитудами, то есть в соотношениях (1) А = В.

Примером элемента связи, который не обладает направленностью, является отверстие в узкой стенке прямоугольного волновода. Волноводы в этом случае связаны тангенциальной составляющей магнитно­го поля Н _z, и из соотношений (1) следует, что А=В. Два таких отверстия, расположенных на расстоянии λ/4 друг от друга, образуют направленный ответвитель (рис. 16).

Каждое отверстие связи возбуждает во вспомогатель­ном волноводе пару волн с амплитудой А, причем воз­бужденная волна находится в фазе с возбуждаемой каж­дым элементом связи. Подобное возбуждение вспомо­гательного волновода называется синфазным.

Волна, возбужденная отверстием l во вспомогатель­ном волноводе, отстает по фазе на π/2, а волна, возбуж­денная отверстием 2, имеет равное отставание в основ­ном волноводе, поэтому общая волна во вспомогательном волноводе с правой стороны (рис. 16),

Волна слева А+A e ^{- jπ} =0, так как запаздывание по фазе приобретает только волна, возбуждаемая отвер­стием 2, которая отстает по фазе на π/2 в основном и вспомогательном волноводах. Это отставание по фазе обусловлено разностью хода в λ_g/2. Переходное ослаб­ление такого направленного ответвителя выражается со­отношением:

(35)

где величина Ф _m определена ранее.

Направленность ответвителя теоретически равна бес­конечности на длине волны, для которой расстояние меж­ду отверстиями связи равно λ_g0/4. Если λ_g0 – расчет­ная длина волны, то при длине волны λ_g волна слева не равна нулю и определяется выражением

где откуда направленность ответвителя

(36)

Зависимость направленности ответвителя с двумя отверстиями связи при синфазном возбуждении от дли­ны волны представлена на рис. 17.

Из рис. 17 видно, что при отклонении λ_g на ±10% величина направленности ответвителя равна всего 16 дб. Согласно формуле (36), на расчетной длине волны долж­на получаться бесконечная направленность, которая в действительных конструкциях не имеет места из-за нали­чия отражений, неточностей изготовления и взаимодей­ствия элементов связи. Формула (36) достаточно точно определяет направленность ответвителя только при значительном отклонении длины волны от расчетной, когда направленность ответвителя определяется, в основном, расположением элементов связи.

Описанный выше направленный ответвитель с двумя отверстиями связи обладает следующими недостатками:

большим переходным ос­лаблением и значительной зависимостью переходно­го ослабления от длины волны.

Рассмотрим случай противофазного возбуж­дения, когда один элемент связи возбуждает во вспо могательном

Рис. 18. Принципиальная схема противофазного направленного ответвителя.

волноводе волну в фазе, а соседний с ним элемент связи – в противофазе. Принципиальная схема ответвителя с противофазным возбуждением представ­лена на рис. 18. Очевидно, во вспомогательном волново­де, независимо от расстояния между отверстиями свя­зи l, будет отсутствовать волна справа, тогда как волна слева зависит от расстояния l:

(37)

Значение слагаемого в формуле (37) может меняться от при этом модуль В_Σ изменяется соответственно от 0 до 2А.

Таким образом, системе с противофазным возбужде­нием присуща широкополосная направленность, посколь­ку уничтожение волн в одном направлении не опреде­ляется расстоянием между отверстиями связи. Основная волна, возбужденная во вторичном волноводе, распро­страняется в обратном направлении по сравнению с пер­вичным волноводом и зависит от изменения расстояния между элементами связи, но значительно слабее, чем уничтожаемая волна в синфазном ответвителе, если

Зависимость переходного ослабления от длины волны можно уменьшить, ском­пенсировав ее обратной зависимостью элементов связи.

На Рис. 19 показан один из вариантов проти­вофазного направленного ответвителя. Узкая сторо­на вспомогательного вол­новода расположена посередине широкой стороны основного волновода, в которой на одинаковом расстоянии от центральной линии прорезаны два отвер­стия связи, отстоящие друг от друга на .

Связь основного и вспомогательного волноводов в этом случае осуществляется только за счет тангенциаль­ного магнитного поля, так как электрическое поле, нор­мальное к отверстиям связи, отсутствует во вспомога­тельном волноводе.

Итак, в основном волноводе имеются две компоненты магнитного поля:

во вспомогательном волноводе существует только одна компонента H _az. Поскольку компонента H _mz меняет знак при переходе через х=a/2, то поля, возбуждаемые отверстиями связи (рис. 19), будут в противофазе. С целью уменьшения величины переходного ослабления направленного ответвителя и уменьшения зависимости

Рис. 20. Нормализованные кривые связи для ответвителя Швингера.

ослабления от длины волны в волноводе отверстия связи в практических конструкциях противофазного ответви­теля выполнены в виде щелей [1, 16].

Конструкция противофазного ответвителя, в которой элементы связи представляют собой щели длиной при­мерно в четверть длины волны, известна под названием противофазного ответвителя Швингера.

Ответвитель Швингера обеспечивает направленность более 20 дб в 25% диапазоне. Размеры элементов связи этого ответвителя можно приближенно определить, ис­пользуя графики, представленные на рис. 20 [15]. Сече­ние волновода выбрано 2: 1.