Направленные ответвители. Направленные и ненаправленные элементы связи

Лекция 6

Направленные ответвители

Под направленным ответвителем понимают устройство в виде восьмиполюсника, состоящее из основного и вспомогательного трактов и механизма связи между ними.

Работа направленного ответвителя основана на возбуждении нескольких волн и их интерференции во вспомогательном тракте. Количество возбуждаемых волн и их фазовые соотношения определяются формой и взаимным расположением элементов связи.

Обобщенная схема направленного ответвителя показана на рис.

Рис.       Обобщенная схема направленного ответвителя.

Направленный ответвитель предназначен для передачи части мощности из основного тракта во вспомогательный, причем ответвленная во вспомогательный тракт часть мощности должна передаваться в требуемом направлении. В направлении противоположном требуемому мощность во вспомогательном тракте не должна поступать.

Направленные ответвители любого типа принято характеризовать следующими параметрами: переходным ослаблением, направленностью, диапазоном частот, КСВН плеч и максимально допустимой мощностью в основном тракте.

Переходное ослабление – отношение, распространяющихся в основном и вспомогательном трактах при бегущей волне в основном тракте

, где Р₁ – мощность электромагнитной волны в основном тракте,

Р₃ - мощность электромагнитной волны во вспомогательном тракте,                     распространяющаяся в желаемом направлении.

Направленность ответвителя – отношение мощностей волн, распространяющихся во вспомогательном тракте в противоположных направлениях при бегущей волне в основном тракте.

величина КСВН направленного ответвителя характеризует искажение поля в основном тракте из – за наличия элементов связи.

Рабочий диапазон частот направленного ответвителя определяется заданным пределом минимальной направленности и заданным пределом отклонений переходного ослабления от его номинального значения.

Классификация направленных ответвителей производится по различным признакам. В зависимости от типа передающей линии, образующей первичный и вторичный каналы различают: ответвители волноводные, коаксиальные, полосковые, микрополосковые и т. д. В зависимости от типа элементов связи различают: ответвители с направленными и ненаправленными элементами связи, а также ответвители с различной формой элементов связи: с круглыми, крестообразными, прямоугольными и т. д. отверстиями связи.  В зависимости от числа отверстий связи: одноэлементные, двух-, трех- и многоэлементные ответвители.

В зависимости от величины ответвляемой мощности во вспомогательный тракт различают ответвители с неравным распределением мощности, ответвители с равным распределением мощности (гибридные соединения)

 дБ

Основное достоинство направленных ответвителей как элементов связи заключается в слабой реакции, оказываемой элементами связи на линию передачи основного тракта.

Направленные и ненаправленные элементы связи

В зависимости от условий возбуждения электромагнитных полей согласно условию максимального совпадения структур полей возбуждаемого и возбуждающего устройств можно рассматривать совпадение электрических векторов (электрическая связь), магнитных векторов (магнитная связь), совпадение и электрических и магнитных векторов (смешанная связь). Если элемент связи обеспечивает только электрическую или только магнитную связь, то он является ненаправленным, т. к. такой элемент можно представить в виде магнитного или электрического элементарного вибратора, имеющего всенаправленное излучение. При существовании смешанной связи поля этих вибраторов складываются в одном направлении и вычитаются в противоположном, образовывая как бы направленный элементарный излучатель Гюйгенса.

Рассмотрим простейшие направленные ответвители с применением направленных и ненаправленных элементов связи.

Ответвитель Бете

Представляет собой соединение двух прямоугольных волноводов, работающих на волне Н₁₀ с помощью круглого отверстия посередине широкой стенки и расположенных под углом  q, как показано на рис.

Рис.   Ответвитель Бете.

В ответвителе Бете используется простейший элемент связи – круглое отверстие в центре волновода. Связь волноводов при таком расположении отверстия осуществляется за счет электрической составляющей поля, которая образует во вспомогательном волноводе две волны, распространяющихся в направлениях плеч 3 и 4 в фазе, а также поперечной магнитной составляющей Н_х, которая возбуждает во вспомогательном волноводе также две волны, распространяющихся в противоположных направлениях в противофазе (разность фаз векторов  ). Таким образом, волны в одном направлении компенсируются, а в противоположном складываются.

Теория возбуждения волноводов через малое отверстие разработана Бете. Сведения, необходимые для расчетов приводятся в книге Сосунова В. А., Шибаева А. А. Направленные ответвители сверхвысоких частот.

При осевом повороте  ввиду осевой симметрии устройства по отношению к вектору  (мс. Рис. А)) электрическая связь не изменяется.

Рис.     Механизм связи волноводов.