Более полные сведения о конструкциях вращающихся сочленений и методах их расчета можно найти в [Л. 26, 29].

Кольцевые мосты ( гибридные соединения ) нашли широкое применение для согласования нагрузок, развязки двух генераторов, работающих на одну нагрузку, и т. п.

Кольцевой мост на коаксииьных линиях (рис. 7-70) работает следующим об-

Z 3

Рис, 7-70. Коаксиальный кольцевой мост.

разом. Если генератор подключен к плечу /, а остальные плечи подключены к согласованным нагрузкам, то энергия генератора разделится поровну между нагрузками, присоединенными к плечам 2 и 4. Таким образом энергия поступит в те плечи, к которым волны, распространяющиеся вправо и влево в разветвлении 1, приходят в фазе или разность фаз этих волн кратна 2л. Энергия, поступившая из плеча 4, попадает в плечи 7 и 3, а энергия из плеча 3 поступит в плечи 2 и 3 и т. д.

Следует иметь в виду и фазовые соотношения между волнами в плечах моста. Так, если волна поступает в плечо 1, то фаза волн в плечах 2 и 4 отличается на л.

Волноводные фидеры

Волноводы нашли применение для передачи электромагнитной энергии в сантиметровом диапазоне волн. Некоторое применение они находят в нижней части дециметрового и верхней части миллиметрового диапазонов.

Наиболее широко распространены волноводы прямоугольного и отчасти круглого сечения. Волноводы с сечением другой формы (например, П- и Н-образные волноводы) обычно находят применение в спепи-альных устройствах.

Основные параметры волны, распространяющейся в волноводе, могут быть определены по следующим формулам:

Длина волны Л

-. (7-121)

где Яд-длина волны в безграничном пространстве, заполненном тем же

диэлектриком, что и волновод

(для свободного пространства Лд = Яо=с );

- критическая длина волны.

Коэффициент распространения у 2п

Фазовая скорость волны Гф.в

(7-122)

(7-123)

/ Ял

Волновое сопротивление волновода. Этот параметр волновода нельзя определить однозначно и поэтому на практике используют несколько различных соотлошений, которые отличаются выбором исходных величин. Волновое сопротивление волновода, определенное как отношение поперечных компонент векторов напряженности электрического и магнитного полей, имеет вид:

для магнитных волн

г -

120jt

V-{t)

120jt

(7-124)

для электрических волн

Оф-

120jt

120jt Я

(7-125)

Определенные таким образом сопротивления иногда называют удельным волновыя сопротивлением волновода.

В других определениях волнового сопротивления волновода обычно используют понятия максимальной амплитуды напряжения и, амплитуды полного продольного тока / и мощности, переносимой по волноводу Р. Так, определив для данного волновода 1 и Р, его волновое сопротивление можно найти из соотношения

Оф - 12

(7-125а)

Если найти максимальное для данного волновода значение амплитуды напряжения и и мощность Р, то можно волновое, сопротивление определить следующим об- разом:

4Г=-- (7-126)

Иногда под волновым сопротивлением волновода понимают отношение максималь-

ной амплитуды напряжения к полному продольному току:

Волновые сопротивления, определенные по приведенным выше формулам, отличаются числовыми коэффициентами, что, впрочем, часто не существенно, так как обычно оперируют с нормированными сопротивлениями, когда числовые коэффициенты сокращаются. Следует помнить, что все определения волнового сопротивления волноводов в достаточной мере условны и не всегда точно отражают все явления в линии.

Волноводы прямоугольного сечения. Прямоугольные волноводы используют для передачи электромагнитной энергии на относительно большие расстояния, причем основной тип волны в прямоугольном волноводе- магнитная волна Ню (ТЕю). Эта волна удобна тем, что при правильно выбранных размерах волновода исключается появление других типов волн. Кроме того, энергия этой волны сравнительно слабо поглощается при распространении и при этом картина поля жестко связана с ориентацией в пространстве стенок волновода.

Размеры прямоугольного волновода с волной .Ню должны удовлетворять следующим соотношениям. Размер широкой стенки а, т. е. стенки, перпендикулярной вектору напряженности электрического поля, должен находиться в пределах

к>а> - . (7-128)

Размер узкой стенки волновода b должен удовлетворять неравенству

,. * < Г (7-129)

Выполнение условий (7-121) и (7-122) гарантирует существование в волноводе; только волны Ню. В прямоугольном волноводе может существовать волна Ноь которая полностью аналогична волне Ню. Отличием является то, что вектор напряженности электрического поля этой волны перпендикулярен не стенке а, а стенке Ь. Все формулы для волны Ню справедливы и для волны Но1 при замене а на 6 и 6 на а. Например, формулы (7-121) и (7-122) для волны Hoi будут иметь вид:

Я>6>Я/2, о;<Я/2.

Критическая длина равна:

(7-130)

Величины, характеризующие распространение этой волны, определяются по соответствующим формулам (7-121-7-123). Волновое сопротивление волновода с волной Ню можно определить по одной из следующих формул:

(С ) ?L - 7Н .

Оф - 9 -оф.

Z()=2-Z,

Оф

- 7*

(7-131)

где ZnaxoflHT из соотношения (7-124). Для применяемых на практике волноводов волновое сопротивление составляет 300- 500 ом.

Коэффициент затухания волны Ню в прямоугольном волноводе равен:

неп/м.

(7-132)

где f - рабочая частота;

Sie - магнитная проницаемость стенок волновода (обычно р.в = р.о= =4л-10- гн/м); Р - удельное сопротивление материала

стенок волновода (ом мм/м); Z - волновое сопротивление среды,

которой заполнен волновод; b - размер узкой стенки волновода, ж.

Размеры прямоугольных волноводов стандартизированы, и данные о них приводятся в специальных справочниках.

Волноводы круглого сечения (круглые волноводы) используются в фидерных трактах обычно только в специальных устройствах (вращающихся сочленениях, цирку-ляторах с использованием эффекта Фара-дея, облучателях антенн оптического типа и т. п.). Наибольшее применение нашли два типа волн в круглом волноводе: волна Ни и волна Eoi (см. § 5-13).

Волна Ни является основной для круглых волноводов. Критическая длина волны Ни в круглом волноводе равна:

Я = 3.42 ,

(7-133)

где а - радиус волновода.

Если величина радиуса волновода удовлетворяет неравенствам

0,29Я< а < 0,38Я, (7-134)

то в круглом волноводе может распространяться только волна Нц.

Волновое сопротивление круглого волновода с волной Нц равно:

оф -

. (7-135)

а коэффициент затухания при воздушном заполнении равен:

ay 1-0,086 /Я

0,418 + 0,086

10-з, еп/ж,

(7-136)

где о - радиус волновода в метрах, а остальные обозначения такие же, как и в (7-132).

Волна Ео1 широко используется во вращающихся сочленениях, так как структура поля этой волны симметрична относительно оси волновода. Критическая длина этой волны равна:

(7-137)

типов

Я = 2.61а.

Для подавления волн высших должно выполняться условие

0,38о; < а< 0,48Я. (7-138)

Однако при этом в волноводе, кроме волны Еоь может распространяться и волна Нц, для подавления которой обычно применяют специальные устройства, например резонансные кольца.

Элементы волноводных трактов

Соединительные устройства служат для соединения отрезков волноводов и разделяются на два основных типа: дроссельное фланцевое соединение (ДФС) и контактное фланцевое соединение (КФС).

Рве. 7-71. Дроссельно-фланцевое соединение прямоугольных волноводов.

Назначение ДФС состоит в том, чтобы создать хороший контакт между волноводами по высокой частоте, с помощью специально подобранных отрезков линий передачи. При этом оказывается возможным механическое соединение (гальванический контакт) разместить в узле тока и тем- самым резко снизить потери в соединении (рис. 7-71). Участок АВ представляет собой плоский волновод, в котором распространяется волна ТЕМ; участок ВС - коаксиальный кабель с волной типа Нц. В соответствии с этим длина участка АВ равна Я/4, а ВС - Afjy4. В точке гальваническо-

го контакта В расположен узел тока, а в точке А - короткое замыкание по высокой частоте, так как полуволновая линия ABC замкнута на конце С. Расчет ДФС можно найти в книгах [Л. 26, 29], однако следует помнить, что получаемые из расчета размеры соединения являются ориентировочными и подлежат экспериментальному уточнению.

Элементы КФС с тщательно обработанными фланцевыми поверхностями создают

Рис. 7-72. Волноводные уголки э прямоугольны волноводах.

а - в Н-плоскости с компенсацией отражений; б - в Е-плоскости с компенсацией отражений; в - двойной ртолок.

хороший электрический контакт, но не надежны при переборках. Более широко используются КФС с бронзовыми рассеченными прокладками, в которых электрический контакт осуществляется пружинящими лепестками прокладки, расположенными по периметру волновода [Л. 29].

Изгибы волноводов делают плавными и в виде уголков. Плавный изгиб прямоугольного волновода может быть в Е- и Н-плоскостях. Если радиус изгиба R> (1,5-:-2) Л, то отражения от изгиба настолько малы, что специальных мер для их устранения не тррбуется. При 7?<1,5Л длина изгиба, измеренная вдоль средней линий, должна быть кратной половине средней длины волны диапазона. В этом случае происходит компенсация отражений от мест сочленения изогнутого волновода с прямыми.

Уголки применяются для крутого изменения направления волновода и могут выполняться в Е- и Н-плоскостях. Обычный уголок применяют в тех случаях, когда угол поворота не превышает 30-40°. При больших углах изгиба применяют компенсацию отражений путем среза внешнего угла уголка или применением двойных уголков (рис. 7-72). Подбором расстояния с можно добиться полной компенсации отражений на средней волне диапазона.

Выбор расстояния с в зависимости от угла поворота в можно осуществить с помощью графиков на рис. 7-73. Для уголков в Н-плоскости графики пригодны при выполнении условий

0,73 < Я/Якр< 0,6, а в Е-плоскости - при

0,65 < Я/Якр < 0,82.