Проектирование антенны для организации связи в Ка диапазоне частот на линии «Спутник-Земля» (Сравнительный анализ антенно-фидерных устройств космических аппаратов), страница 10

                                                         ,                                       (1.9)

где m,n – индексы обозначающие тип распространяющейся волны;

      а – ширина волновода;

      d – высота волновода.

Формула (1.9) показывает, что максимальное значение крити­ческой длины волны будет при наименьших значениях т и п. Распространяющаяся волна имеет наибольшую длину, равную удвоенному значению внутреннего размера широкой стороны сечения волновода. Это магнитная волна типа Н₁₀. Ее назы­вают основной волной прямоугольного волновода. Она чаще всего используется в фидерных трактах. Структура поля этой волны показана на рисунке 1.10.

Длина волны в волноводе определяется по формуле:

                                                               ,                                                  (1.10)

где λ – длина волны в свободном пространстве.

Волновое или характеристическое сопротивление:

                                                          ,                                             (1.11)

где Z_С – волновое сопротивление свободного пространства.

В практике работы с волноводами, особенно при определении отражений от неоднородностей и согласовании фидерных трак­тов, используют иные определения волнового сопротивления, которые принято называть эквивалентными, а именно по напряжению и току Z_ui, мощности и току Z_pi, мощности и напряжению Z_pu. Для волновода прямоугольного сечения эти выражения будут отличатся постоянными множителями, для основной волны:

                                                                     (1.12)

В отличие от (1.11) в (1.12) входят оба поперечных размера волновода: а и b. Соблюдение равенства волновых сопротивле­ний в соответствии с одним из выражений (1.12) для двух волно­водов с различными размерами поперечного сечения а и b прак­тически не вызывает отражений от места их соединения.

Расчеты показывают, что минимальные потери в прямоуголь­ном волноводе имеют место при передаче энергии волной основ­ного типа H₁₀.

С целью снижения потерь в фидерном тракте его отдельные участки выполняют из прямоугольного волновода с увеличенным поперечным сечением и двух переходов, соединяющих этот вол­новод с участками тракта, имеющими стандартные размеры сече­ния. Один из переходов представляет собой отрезок волновода с плавно меняющимися размерами поперечного сечения. Такой плавный переход, заканчивающийся стандартным сечением, для всех высших типов волн, возникающих в волноводе увеличенного сечения, эквивалентен короткому замыканию. Второй пе­реход выполнен таким образом, чтобы обеспечить поглощение высших типов волн. Его схема показана на рисунке 1.11. Он состоит из центрального отрезка волновода увеличенного сечения 1, связанного через систему волноводов связи 4 с двумя боковыми волноводами 2 уменьшенного поперечного сечения. Два боковых волновода через тройник объединяют в один общий волновод стандартного сечения 3. К центральному волноводу с одной стороны подключена балластная нагрузка 5, с другой подклю­чен основной волновод увеличенного сечения. Размеры боковых волноводов и волноводов связи, а также их число подобраны таким образом, чтобы обеспечить полный переход энергии волны Н₁₀ из волновода увеличенного сечения в стандартный волновод и направить все высшие типы волн в балластную нагрузку.

Описанный волноводный тракт с уменьшенными потерями реализован в диапазоне 5600 ÷ 6400 МГц и выигрыш, даваемый таким участком тракта, составил примерно 1 дБ, или 26% мощ­ности.

При монтаже волновода увеличенного сечения необходимо обратить особое внимание на точность стыковки всех элемен­тов тракта и на прямолинейность его прокладки. Нарушение этих условий приводит к росту потерь за счет повышенного уровня возбуждения высших типов волн и поглощения их в балластной нагрузке.