Электромагнитные поля и волны. Часть 2 (Направляющие системы СВЧ-диапазона. Регулярные волноводы. Колебательные системы СВЧ. Общая теория цепей СВЧ), страница 21

                                                                                                  (4.13)

Резонансная длина волны в случае вакуумного или воздушного заполнения равна:

                                                                                             (4.14)

Перестройка резонансной длины волны тороидальных резонаторов осуществляется двумя способами – индуктивным и емкостным. В индуктивном способе через отверстия в боковой стенке тороида вводят металлические винты или металлические лопатки. При ввертывании винтов они оттесняют магнитные силовые линии к оси, что эквивалентно уменьшению радиуса и резонансная длина волны уменьшается. Положение плоскости лопаточек перпендикулярное магнитному вектору соответствует короткой резонансной длине волны. Емкостной способ настройки заключается в изменении ширины зазора α путем деформации гибкой мембраны или перемещением цилиндра, входящего внутрь резонатора. Диапазон механической перестройки составляет 10…20% от средней длины волны. Уменьшение объема магнитного поля с помощью винтов приводит к укорочению резонансной длины волны, а сжатие емкостной мембраны к увеличению.

Тороидальные резонаторы находят широкое применение в электровакуумных приборах СВЧ, главным образом в клистронах. Электронный поток в них пропускается в емкостном зазоре, который выполняется в виде сеток. В приборах СВЧ магнетронного типа используется резонатор типа «отверстие-щель», где роль L₀ выполняет отверстие, а роль С₀ щель (Рисунок 4.9).

Рисунок 4.9

Цепочка резонаторов «отверстие-щель» сворачивается в кольцо, получается замкнутая колебательная система, то есть резонатор типа «бегущей волны». Средняя длина окружности кольца

L_ср = n_в

кратна длине волны в волноводе. Кольцевые резонаторы с бегущей волной позволяют увеличивать мощность в 10…20 раз по сравнению с питающим его генератором.

Разновидность колебательных систем СВЧ диапазона являются открытые резонаторы, объем которых на большом протяжении е ограничен металлическими стенками. Такого типа резонаторы применяются в оптическом диапазоне – лазерах. В качестве отражающих поверхностей в них служат зеркала плоские, сферические и др..

5 Направленные ответвители и мостовые схемы

  Мосты и направленные ответвители представляют собой реактивные взаимные четырехплечие узлы. Если ЭМВ от источника поступает в одно (любое) из плеч, а в остальных трех плечах включены, согласованные нагрузки, то в идеальном случае мощность этой падающей волны без отражения от узла делится только между двумя плечами, а третье плечо оказывается развязанным от входного, - волна в него через узел не передается.

Если мощность делится поровну между двумя плечами, то узел называют мостом. При неравном делении узел называют направленным ответвителем.

Обозначим S_mn – коэффициент передачи из плеча n в плечо m любого четырехполюсника (рисунок 5.1).

Рисунок 5.1

Пусть мощность Р₁ подается в плечо 1 и делится между 2 и 4 плечами, а 3 плечо развязано с первым. Тогда коэффициенты передачи будут S₂₁0, S₄₁0, S₃₁=0. У взаимного узла коэффициенты передачи в противоположных направлениях одинаковы. В мостовых схемах: S₂₁=S₄₁, то есть Р₂=Р₁/2, Р₄=Р₁/2.

В технике СВЧ мостовые схемы применяются для деления и сложения мощностей, в качестве элементов фильтров, балансных детекторов и модуляторов антенных переключателей, измерительных схем и ферритовых устройств и др.. Имеется большое число различных схем и конструкций мостов. Рассмотрим некоторые из них.

Волноводные тройники. Взаимные трехплечие узлы. Y – тройник на прямоугольном волноводе обладает пространственной центральной симметрией, вследствие чего все его плечи равноправны по электрическим свойствам. Если разветвление происходит в плоскости вектора , то это будет Н – тройник. Он делит падающую волну на две равноамплитудные синфазные волны. Если разветвление в плоскости вектора  - это Е – тройник, он делит на две равноамплитудные, но противофазные волны. В Y – тройниках все плечи развернуты под углом 120º. Если плечи развернуты под углом 90º, то будет только одно согласованное плечо: в Н – тройнике это Н – плечо, в Е – тройнике это Е – плечо. Согласование производят с помощью диафрагм, штырей (рисунок 5.2).