Направленные ответвители. Направленные и ненаправленные элементы связи, страница 2

Магнитная связь при повороте одного из волноводов относительно другого изменяется по величине. При определенном угле поворота q амплитуды волн, возбуждаемых во вспомогательном волноводе векторами и  основного волновода оказываются равными и происходит компенсация их в направлении плеча 4. сложение полей во вспомогательном волноводе происходит в направлении, почти противоположном направлению распространения волны в плече 1. это происходит потому, что магнитное поле во вспомогательном волноводе находится в фазе с магнитным полем в основном волноводе, а электрическое поле сдвинуто по фазе на 180⁰ (мс. рис. а)).

На рис.    показано каким образом происходит изменение амплитуды возбуждаемого во вспомогательном волноводе поля при повороте его относительно основного.

Рис.    Взаимное расположение взаимодействующих составляющих векторов  и   в основном и вспомогательном волноводах при их расположении под углом q.

Как видно из рисунка с вектором взаимодействует только проекция вектора , на направление вектора , то есть . Максимальная направленность ответвителя Бете (N ® ¥) соответствует оптимальному углу q_опт.

, где lв – длина волны в волноводе,

l = c\f – длина волны в свободном пространстве,

t – толщина общей стенки волноводов,

d - диаметр отверстия.

Здесь F_e и F_m коэффициенты затухания волны типа Е₀₁ и Н₁₁ в запредельном волноводе, длиной t, в виде которого рассматривается отверстие связи.

l_кр/Е₀₁ » 2,62 R,   l_кр/Е₁₁ » 3,41 R, где R – радиус отверстия связи.

Переходное ослабление

дБ.

Ответвитель Бете не может иметь переходное ослабление ниже 20 дБ, так как    увеличение диаметра отверстия приводит к значительным значениям КСВН.

При симметрии отверстия связи к оси симметрии и симметричных плоскостях отсчета

S₁₁ = S₂₂ = S₃₃ = S₄₄ = a

S₁₂ = S₁₂ = S₃₄ = S₄₃ = b

S₁₃ = S₃₁ = S₂₄ = S₄₂ = c

S₁₄ = S₄₁ = S₂₃ = S₃₂ = d

и матрица

.

Если устройство без потерь, от из свойства унитарности получаем

                        

    элемент 1.1.  

     элемент 1.2.   

элемент 1.3.

элемент 1.4.

При a = 0 имеем

      (а)

             (б)

             (в)

             (г)

Если b ¹ 0, то есть мощность передается из плеча 1 в плечо 2, от из уравнения (в)

Подставим полученное d в (б)

или

,               если d ¹ 0

и          (2)

Из последних выражений имеем, складывая их

,  то есть c = 0.

Аналогично можно показать, что если a = 0, либо b, либо c, либо d должны быть равны нулю и, наоборот, если b, или d или c= 0, то и a = 0.

Если a = 0, то и d =0, то матрица принимает вид

Вывод: если a = 0, то устройство является направленным ответвителем, и обратно, если один вывод устройства развязан, то a = 0.

Переходное ослабление С определяется соотношением

Мерой идеальности ответвителя является направленность D

, где d - берется из первоначальной матрицы.

Ответвители со взаимно – перпендикулярными волноводами

1.  Направленный ответвитель со взаимно - -перпендикулярными стенками.

Связь со вспомогательным волноводом смешанная за счет

;

;

;

Наибольшая направленность при х₀ = d/2.

,

Переходное ослабление

.

Направленность такого ответвителя невысокая, особенно в диапазоне частот.

Если вместо круглого отверстия применить крестообразное, то параметры ответвителя будут слабо зависеть от частоты.

Здесь

;              , где   .

Снизить величину переходного ослабления можно  за счет применения творого отверстия связи, расположенного по диагонали.

Переходное ослабление уменьш9ится на 3 дБ.

Направленные ответвители с ненаправленными элементами связи

Ненаправленный элемент связи – такой, который возбуждает во вспомогательном волноводе электромагнитные волны с равными амплитудами. Эти волны распространяются в противоположных направлениях. Связь в этом случае осуществляется с помощью одной из электрического или магнитного векторов поля.