Направленные ответвители и мостовые схемы

Матрица рассеяния четырёхполюсника запишется так:

Выходные волны b теперь будут следующими:

Суперпозиция обоих режимов приводит к возбуждению восьмиполюсника только с входа 1 волной а 1 - а. Далее суммируем выходные волны:

отсюда искомый элемент матрацы рассеяния S11 будет следующий:

Аналогично находим другие элементы матрицы:

Если восьмиполюсник имеет две плоскости симметрии I и II, то все элементы матрицы S известны. Если же симметрии в плоскости II нет, то необходимо рассмотреть дополнительно возбуждение со стороны входа 3 или 4. В результате получим недостающие элементы матрицы S взаимного восьмиполюсника:

Конструктивно направленный ответвитель представляет собой две линии передачи, соединённые элементами связи. Так как эта система реактивная, то отсутствие передачи между плечами может происходить только за счёт взаимной компенсации двух или более волн.

Простейший тип ответвителя изображён на рисунке 1.13. Это два волновода с общей узкой стенкой, в которой прорезаны два отверстия связи, расположенные на расстоянии лл/4 . Если генератор подключён к плечу 1, то в 2 проходят две волны с одинаковой амплитудой и противоположными фазами. В результате суммарное поле здесь оказывается равным нулю. Величина направленности D зависит от точности изготовления ответвителя.

Величина переходного затухания С определяется степенью связи, т.е. диаметром отверстий. Ответвители с двумя элементами используются редко, так как они имеют очень узкую полосу частот. Чаще используются многоэлементные ответвители. Подбирая диаметр отверстий и их число, можно обеспечить нужную частотную характеристику переходного затухания. Чаще всего используются чебышевская

и максимально-плоская характеристики

,

здесь h и S - амплитудный и масштабный коэффициенты; и - электрическое расстояние между отверстиями связи; k - число отверстий.

Рисунок 1.13. Волноводный направленный ответвитель

Очень широкое применение в технике СВЧ имеют мостовые схемы. Мост - это направленный ответвитель, в котором мощность, подводимая к одному из плеч, в выходных плечах делится пополам. Мостовую схему часто называют трёхдецибельным направленным ответвителем.

Волноводно-щелевой мост состоит из двух волноводов с общей узкой стенкой. В этой стенке прорезано окошко связи длиной l (рисунок 1.14) [2].

В волноводно-щелевом мосте развязаны плечи 1 - 2 и 3 - 4. Принцип работы моста заключается в следующем. Во всех входах распространяется только волна Н 10. В том месте, где прорезано окно связи, размер волновода увеличивается вдвое и волновод становится докритическим для двух волн Н 10 и Н 20, которые и возникают в начале окна. Причиной, вызывающей возникновение волны Н 20, является острое ребро, расположенное в пучности поля Е волны Н 10. В начале окна в волноводе 1 - 3 обе волны в фазе, а в волноводе 2 - 4 - в противофазе. По этой причине в плече 2 суммарное поле равно нулю и плечо 2 оказывается развязанным от плеча 1. Далее обе волны распространяются вдоль окна. Поле на входах плеч 3 и 4 будет определяться фазовыми соотношениями волн Н 10 и Н 20. Чтобы система была мостом, необходимо, чтобы разность фазовых набегов волн Н 10 и Н 20 на длине окна l равнялась р / 2. Последнее поясняется векторными диаграммами в начале и конце окна связи, приведёнными на рисунке 1.15. Если разность фазовых набегов равна р / 2, то поля в выходах 3 и 4 одинаковы по амплитуде и сдвинуты по фазе на р / 2. Из векторных диаграмм рисунка 1.15 видно, также, что если разность фазовых набегов волн Н 10 и Н 20 будет отличаться от р / 2, то суммарные векторы поля в плечах 3 и 4 будут неодинаковыми, т.е. система перестанет быть мостом. В частности, если разность фазовых набегов составит 180°, то из плеча 1 вся энергия перейдёт в плечо 4, т.е. плечи 1 - 3 окажутся развязанными. Такую систему называют мостом с полной связью [6]. На острых рёбрах окна связи возникают волны высших типов, вызывающие рассогласование моста. Для его настройки в середине окна связи в верхней стенке волновода ставится емкостной винт. Чтобы уменьшить возможность возбуждения волны Н 30, в месте окна делается небольшое сужение волноводов.

Лучшие статьи по информатике

Цифровая обработка сигналов
сигнал преобразование фурье искажение Цифрова́я обрабо́тка сигна́лов (ЦОС, DSP - англ. digital signal processing) - преобразование сигналов, п ...

Расчет тиристорного преобразователя
1. Техническое задание на проектирование Данные электродвигателя постоянного тока Тип двигателя РН, кВт ...

Теория автоматического управления. Линейные системы
Настоящие методические указания служат пособием для студентов института, выполняющих лабораторные и курсовые работы по теории линейных систем автоматическог ...