Направленные ответвители типа щелевой мост на круглых волноводах

Волноводный щелевой мост имеет постоянное пере­ходное ослабление, обусловленное величиной его области связи. В ряде случаев требуется подстройка переходного ослабления или даже плавное изменение его в некоторых пределах. Всеми свойствами щелевого

Моста обладает мост на круглых волноводах [29]. Мост состоит из двух круглых волноводов, один из которых располо­жен внутри другого и имеет кольцевой зазор l, который по назначению аналогичен щели связи в мосте на прямо­угольных волноводах (рис. 38). Внутренний канал моста образуется круглым волноводом, диаметр которого выбран так, что в нем может распространяться только волна H₀₁ с концентрическими электрическими силовыми линиями. Выбор волны обусловлен конструктивными тре­бованиями изменения величины зазора между внутренни­ми волноводами. Волна Н₀₂ во внутреннем канале не рас­пространяется, зато диаметр внешнего круглого волновода выбран так, что в нем может распространяться как волна Н₀₁, так и волна Н₀₂. Энергия СВЧ колебаний, вхо­дящая в плечо l внутреннего круглого волновода, разделяется поровну между волнами типа H₀₁ и Н₀₂ в области зазора (области связи). Если внутреннее пространство моста не вносит потерь, то амплитуды распространяющихся волн не меняются, а их относительный сдвиг фа­зы зависит от длины зазора и определяется разностью фазовых скоростей волн. Изменяя величину относитель­ного сдвига фазы регулированием длины зазора, получа­ют нужную величину переходного ослабления.

Поскольку типы колебаний выше Н₀₂ нежелательны, то диаметр внешней трубы D выбирается так, что труба становится запредельной для волны Н₀₃ на самой высо­кой рабочей частоте моста.

Из всего вышеизложенного следует, что критическая длина волны типа H₀₁ во внутреннем волноводе в то же время является критической длиной волны типа Н₀₂ во внешнем круглом волноводе. Это положение определяет исходное уравнение для вычисления отношения диамет­ров волноводов, образующих мост.

Если ,

где μ _ni i -тый корень производной бесселевой функ­ции первого рода n -го порядка,

то (97)

А поскольку в разных волноводах равно

(98)

Плечи 3 и 4 образуются коаксиальным волноводом, размеры которого получаются автоматически. Получен­ные размеры таковы, что в коаксиальном волноводе мо­жет распространяться волна типа Н₀₁ критическая длина которой [30]

(99)

Принимая во внимание (98), получим

(100)

Волна типа H₀₁ в плече коаксиального волновода мо­жет быть легко возбуждена волной типа Н₁₀ в прямо­угольном волноводе. При этом, если размер широкой стенки прямоугольного волновода а равен в ко­аксиальной линии, то энергия на преобразование типов волн не теряется, так как . Отсюда следует вывод, что максимальная длина волны рабочего диапазона не должна превышать 0,83 d.

Уместно заметить, что волна типа E₀₁ в коаксиальном волноводе имеет ту же длину, что и Н₀₁, поэтому, чтобы волны типа Е быстро затухали в коаксиальном волново­де, а также в круглой области связи, внутренняя по­верхность внешней трубы покрывается поглощающей массой. Волна типа H₀₁ мало ослабляется, тогда как вол­ны типа Е, электрические силовые линии которых замы­каются через волновод, поглощаются очень сильно.

Волна Н₀₁ в коаксиальном волноводе возбуждает в области связи, представляющей собой круглый волновод длины l, волну H₀₁ с критической длиной λ_кр= 1,64D/2=1,5 d и волну Н₀₂ с критической длиной λ_кр = 0,9D/2=0,824 d и равными амплитудами. Относительный сдвиг фазы этих волн

где

Векторная диаграмма амплитуд волн в зазоре анало­гична диаграмме, изображенной на рис. 33. Поэтому ве­личина зазора будет определяться через относительный сдвиг фазы φ и переходное ослабление моста. Вывод зависимости l от φ и С аналогичен выводу для щелевого моста на прямоугольных волноводах, отсюда (102)

Переходное ослабление С может быть очень малым, но возможен и такой случай, когда вся энергия поступает из плеча 4 во внутренний круглый волновод, не посту­пая в плечо 3 коаксиального волновода. Внутренние тру­бы можно сделать скользящими, чтобы иметь возмож­ность менять величину зазора l. Из-за круговой формы электрических силовых линий некоторые изменения кон­такта не вызовут изменения их формы и, следовательно, не нарушат непрерывности электромагнитной волны в коаксиальном волноводе.

Минимальная длина рабочего диапазона будет опре­деляться, очевидно, условием возникновения волны Н₀₂ во внутреннем круглом волноводе. Так как , то возможные рабочие полосы щелевого моста на круглых волноводах заключены в пределах:

(103)

Таким образом, задание одного диаметра внутреннего волновода определяет полностью рабочую полосу и раз­меры волноводов как круглых, так и прямоугольных (если последние применяются для отвода энергии от моста).

Следует отметить, что выбор в качестве рабочих волн H_-1 и Н₀₂ позволяет не только уменьшить потери внутри гибрида, но и обеспечить удобную связь коакси­ального волновода с прямоугольным без нарушения ра­венства дисперсионных свойств двух соединяемых волно­водов.

Подобный щелевой мост был описан Маркатили [29]. В этой конструкции один из ответственных узлов (пере­ход от прямоугольного волновода к коаксиальному) был выполнен методом электроформовки в виде плавного ли­нейного перехода (деформации) от прямоугольного волновода к коаксиальному. Электрические данные щелевого моста как гибридного соединения приведены на рис. 39.

Из рисунка видно, что баланс в полосе частот не хуже ±0,5 дб, а направленность не хуже 23 дб. В точке 55,6 кмгц были замерены потери. Суммарные потери в мосте и переходе от прямоугольного к коаксиальному волноводу составили 0,83 дб, в том числе за счет перехо­да 0,3 дб, то есть основные потери происходили за счет внутренних отражений от концов зазора и некоторого

Рис. 39. Характеристика переходного ослабления щелевого моста.

Рис. 40. Щелевой ответвитель со связью по широкой стенке.

поглощения энергии в стенках внешнего круглого вол­новода.

Расчетная формула для определения баланса моста была выведена на основании анализа матрицы щелевого моста и в основном совпадает с результатом теории, рассмотренной выше.