Электромагнитные поля и волны. Часть 2 (Направляющие системы СВЧ-диапазона. Регулярные волноводы. Колебательные системы СВЧ. Общая теория цепей СВЧ), страница 22

Рисунок 5.2

Е – и Н – тройники с одним согласованным плечом показаны на рисунке 5.3.

Рисунок 5.3

На рисунках 5.2 и 5.3 обозначено: 1 – Е - или Н – плечи , 2,3 – боковые плечи, 4 – согласующая диафрагма. Ориентация вектора  в боковых плечах одинаковая – синфазные волны, ориентация противоположная – противофазные волны. Точками обозначено направление вектора   к ВАМ.

Двойной волноводный тройник конструктивно объединяет Е и Н – тройники, имеющие общую плоскость симметрии. Со стороны Е и Н – плеч тройник согласован диафрагмой и штырем (рисунок 5.4).

Рисунок 5.4

Свойства двойного волнового тройника обусловлены свойствами Е и Н – тройников. Основное свойство состоит в том, что любые два противоположных плеча развязаны. То есть: при возбуждении в Н – плечо мощность разделится поровну между 2 и 3 плечами на две синфазные волны, в плечо Е мощность не выйдет. При возбуждении 2 плеча мощность разделится между Е и Н – плечами, в плечо 3 не выйдет. Будут развязаны 2 и 3 плечо, Е и Н – плечи. Двойной волноводный тройник узел взаимный, поэтому при возбуждении его одновременно со стороны 2 и 3 плеч синфазными волнами, их сумма выйдет в Н – плечо, - противофазными, сумма выйдет в Е – плечо. Если фазу этих волн изменять в пределах от 0 до 180º мощность будет делиться между Е и Н плечами. При φ=90º мощности в плечах Е и Н будут одинаковые. На рисунке 5.4,б показана зависимость суммарной мощности

2Р(φ)=Р₂+Р₃

от угла сдвига фаз φ, подаваемых во 2 и 3 плечи.  - мощность выделяемая в Н – плече, Р^Е – мощность выделяемая в Е – плече. Сумма

Р^Е + Р^Н =2Р

равна сумме мощностей на входе

Р₂ + Р₃. Р^Е = 2РSin² (φ/2)+2РCos²(φ/2)=Р₂+Р₃.

Изменяя φ можно регулировать мощности в плечах Е и Н от 0 до 2Р.

Рассмотрим еще одно применение двойного волноводного тройника в качестве измерителя полных сопротивлений и проводимостей.

Включим в боковые плечи 2 и 3 эталонную нагрузку и измеряемую нагрузку, а в плечи Е и Н – генератор и индикатор (Рисунок5.5).

Рисунок 5.5

Мощность генератора делится между 2 и 3 плечами поровну. Если Z_этZ_х, то часть мощности отражается от Z_х и Z_эт и делится между Е и Н – плечами, то есть индикатор фиксирует отраженную мощность. При измерении Z_эт изменяют, при Z_эт=Z_х отраженные волны от Z_эт и Z_х имеют одинаковую мощность, но противоположные фазы и их сумма равна нулю, индикатор фиксирует ноль. По Z_эт считывают значение Z_х.

Щелевой волноводный мост представляет собой два волновода, имеющих общую узкую стенку, часть которой длиной l_щ удаляется (рисунок 5.6).

Рисунок 5.6

В результате образуется волновод с размером 2а. При возбуждении моста волной Н₁₀ в 1 плечо в щели возбуждаются две волны Н₁₀ и Н ₂₀, амплитуды их одинаковые, а фазы на входе 3 плеча противоположные и плечо 3 не возбуждается. Двигаясь по щели, мощность делится между 2 и 4 плечами. Стандартные щелевые мосты рассчитывают, так чтобы деление было поровну между 2 и 4 плечами, для этого длина щели l_щ должна обеспечит набег фазы между волнами Н₁₀ и Н₂₀ =90º. При этом длина щели равна:

                                                                                           (5.1)

В реальном случае на величину  влияют неоднородности, обусловленные концами щели, реактивные поля высших типов (Н₃₀, Н₄₀, и т. д.), которые могут возбуждаться в общем волноводе размером 2а. В этом случае часть энергии ответвляется в плечо 3, поэтому Р₂  Р₄. Для ослабления этого эффекта в центре общего волновода помещают емкостной штырь, размеры которого подбираются экспериментально. Правильно сконструированный мост имеет полосу частот около 15%, К_св  1,1 неравномерность деления мощности между плечами 2 и 4 не более 0,3 дБ, развязка между плечами 1 и 3 не менее 30 дБ. Области применения щелевого моста те же, что и двойного волноводного моста. Наибольшее применение он нашел в циркуляторах фазового типа.