Главная  Коаксиальные и полосковые линии (СВЧ) 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 [ 18 ] 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37

и равна Йоср, т. ё. равна st{D+d)l2. Если сложить с этим волноводом второй такой же волновод с синфазно возбужденной волной Ню, изображенной на рис. 34 пунктиром, то вблизи общих стенок в поперечном сечении магнитные силовые линии будут направлены навстречу друг другу, а Б продольном сечении вблизи общих стенок -в одном и том же . направлении. Если теперь эти общие стенки убрать, то структура поля в каждой половинке коаксиальной линии не изменится, а это значит, что критическая длина для волны Нц в коаксиальной линии будет по-прежлему равна 2аср, т. е. будет определяться по формуле для (1,р)н„ .

Критическая длина волны для следующих типов волн в коаксиальной линии Hkl и Eoi одинакова и определяется по формуле

(Mh =(We , = D -rf,


Рис. 34. Структура поля низшего типа волны в волноводе с поперечным сечением в виде полукольца.

На практике высшие типы волн почти не используются. Это связано с тем, что если Z) и rf столь велики, что эти волны могут распространяться, то в линии возможны паразитные резонансы, которые могут вызвать пробой в линии при передаче больших мощностей, а при передаче малых мощностей на отдельных частотах рабочего диапазона могут быть неожиданно большие величины ослабления сигнала порядка 10-30 дБ на весьма коротких участках коаксиального тракта.

На рис. И показано, что в коаксиальной линии с волновым, сопротивлением 50 Ом, имеющей размеры D=10 мм, а rf=4,34 мм, распространение высших типов волн невозможно при Х>2,3 см.

Из всех высших типов волн коаксиальной линии единственное, но весьма важное применение находит только волна Hoi .для создания колебаний вида Нои в коаксиальном .резонаторе, которые необходимы для нормальной работы важного типа электронного прибора СВЧ - так называемого коаксиального магнетрона. В этом случае резонатор представляет собой отрезок коаксиальной линии, коротко-замкнутый с обоих концов, причем расстояние между короткозамы-кающими стенками равно Хв/2, где Хв - длипа волны в коаксиальной линии при распространении в ней волны высшего типа Hoi.

ЛИНИЯ ПЛОСКОСТНОГО ТИПА

Линия плоскостного типа представляет собой центральный проводник круглого поперечного сечения, расположенный симметрично между двумя параллельными металлическими плоскостями (рис. 35). Эту линию можно считать разновидностью коаксиальной линии, У которой роль наружного проводника выполняют параллельные плоскости. Основным типом волны в плоскостной линии является



tEM-волна, структура поля которой показана на рнс. ,35. Йз рисунка видно, что электромагнитное поле между проводящими плоскостями быстро убывает по мере удаления от центрального проводника в плоскости симметрии линии, т. е. в направлении, противоположном стрелке А. Можно считать, что .при S>5D поле вне размера S практически отсутствует.

Основное применение плоскостная линия находит в измерительных линиях, предназначенных для коаксиальных трактов, а также при разработке сложных коаксиальных элементов. Экспериментирование с плоскими наружными проводниками существенно проще, чем с круглыми.


Рис. 35. Структура поля ТЕМ-волны в поперечном сечении плоскостной линии.


0,04 0,07 0,1 0,15 0,2 0,3 0,5 0,7 1,0

Рис. 36. Волновое сопротивление линий передачи с воздушным диэлектриком в зависимости от djD.

J - вля коаксиальной лииии; 2 -для плоскостной лииии.

Волновое сопротивление плоскостной линии Zo выбирается равным волновому сопротивлению стыкующейся с ней коаксиальной линии. Рассчитать его можно по следующей формуле. Ом:

0= 138 lg 1.27-j-y

где размеры D и d показаны на рис. 35, или по графику, изображенному на рис. 36. Обычно диаметр d или размер D у плоскостной линии и стыкующейся с ней коаксиальной линии одинаковы. А так как ..тип волны в них один и тот же, то при равенстве волновых сопротивлений отражения от места стыковки невелики. Они еще могут быть уменьшены, если применить компенсацию отражений подобно тому, как это делается при соединении коаксиальных линий разного поперечного сечения, но одинакового волнового сопротивления (см. далее).

Применение плоскостной линии в качестве измерительной линии в коаксиальных трактах выгодно тем, что практически полностью



исключается несколько существенных погрешностей измерений по сравнению с коаксиальной.

В коаксиальной измерительной линии прорезают продольную щель в наружном проводнике, через которую в пространство между наружным и внутренним .проводниками вводится зонд индикаторного устройства. Длину. щели делают несколько больше самой длинной волны рабочего диапазона, чтобы иметь возможность измерять напряженность поля в нескольких максимумах и минимумах стоячей волны и оценивать повторяемость результатов. И хотя продольная щель не является излучающей, так как она параллельна направлению высокочастотных токов, все же она несколько изменяет волновое сопротивление линии. Поэтому конструкторы измерительных линий экспериментально подбирают ширину щели и требуют прорезания ее с предельно малыми допусками и максимально симметрично относительно продольной оси коаксиальной линии. Наиболее часто встречаются щели шириной 1-3 мм. Изменение волнового сопротивления коаксиальной линии AZo, вызванное наличием щели в наружном проводнике, может быть подсчитано по формуле

AZq 1

где s - ширина щели в тех же единицах длины, что Dud. Этой формулой следует пользоваться при точных измерениях с помощью измерительной линии.

Если щель в измерительной линии прорезана не идеально симметрично, то возможно возбуждение так называемых щелевых волн, которые, особенно при наличии резонанса, могут давать сильное излучение через щель и вызывать большие искажения результатов измерения коэффициента стоячей волны на отдельных частотах. Для устранения возбуждения щелевой волны в коаксиальных измерительных линиях применяют экран зонда, который состоит из двух металлических пластинок, погруженных в щель и соединенных гальванически с кареткой зонда, но не касающихся самого зонда.

Применение в измерительной коаксиальной линии на длине перемещения зонда плоскостной линии позволяет прежде всего существенно уменьшить влияние на результаты измерения непостоянства глубины погружения зонда при его движении вдоль линии. .В плоскостной измерительной линии зонд расположен по стрелке А (рис. 35) и может перемещаться в направлениях, перпендикулярных плоскости рисунка.

Рассмотрим другое преимущество плоскостной измерительной линии перед коаксиальной. Так как в плоскостной линии нет щелевых видов волн, излучение в окружающее линию пространство отсутствует. Если, как .обычно принято, в плоскостной линии взять S=SZ) (рис. 35), то линия в смысле экранировки от окружающего пространства будет эквивалентна коаксиальной линии с продольной щелью, -угловой размер ф которой равен всего лишь 0,0015 рад. В пределах этого угла в наружном цилиндрическом проводнике коаксиальной линии прорезана продольная щель. Если, как обычно, D равно 30 мм, то ширина щели 5=£.ф/2=и0,024 мм. Ясно, что столь узкую Щель в коаксиальной линии технически выполнить сложно, а р-або-Татъ с еще более тонким зондом практически невозможно.



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 [ 18 ] 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37