Расчет параметров волноводного кольцевого моста

Введение

Цель работы – закрепление основных теоретических сведений, полученных при слушании курса лекций, и приобретение навыков иженерного расчета и конструирования отдельных узлов и элементов СВЧ трактов современной радиоэлектронной аппаратуры по заданным выходным параметрам и условиям эксплуатации; углубление знаний в результате самостоятельной работы по изучению и использованию для конструирования и расчётов учебных пособий и периодической литературы, как отечественной, так и зарубежной, непосредственно связанной с данной тематикой задания.

В данной конкретной работе рассматриваются  свойства, парметры, принципы действия и методы расчета кольцевого волноводного моста, представляющего собой прямоугольный волновод, свернутый в плоскости Е в кольцо, к которому присоединены четыре отрезка прямоугольного волновода, со следующими электрическими параметрами :

- диапазон рабочих частот 8…9 ГГц

- передаваемая мощность   10 кВт

- К_CTU входа не более 1.5

1. Характеристики классификация направленных ответвителей.

Направленный ответвитель (НО) принято называть восьмиполюсную систему, служащую для направленного ответвления энергии. Линию передачи НО, по которой проходит наибольшая мощность называют первичной, а линию, в которую ответвляется часть мощности – вторичной. В случае равного деления мощностей в выходных плечах НО понятие  первичной и вторичной линии передачи приобретают чисто символический характер.

Рис.1. Восьмиполюсник, имеющий первый тип направленности.

Основными характеристиками НО является: переходное ослаблении (или связь), направленность, развязка, согласование плеч ответвителя с подводящими линиями, фазовые соотношения для волн напряжений в выходных плечах, рабочее затухание в первичной линии.

Переходное ослабление определяется (в децибелах) как отношение входной мощности первичной линии к выходной мощности рабочего плеча второй линии. Например, для ответвителя, изображенного на рис.1., переходное ослабление равно:

                                                                  (1)

Направленностью называется выраженное в децибелах отношение мощностей на выходе рабочего и нерабочего плеч вторичной линии. В случае, показанном на рис.1, направленность определяется коэффициентом: 

                                                                  (2)

 Развязка определяется в децибелах как отношение входной мощности первичной линии к выходной мощности рабочего плеча второй линии. Для восьмиполюсника (рис.1) развязка равна:

                             (3)

Рабочее затухание первичной линии выражается в децибелах и определяется отношением мощностей на входе и выходе первичной линии. Для рис.1 это будет:

                        (4)

Согласование НО с входной подводящей линией характеризуется коэффициентом стоячей волны (KCB), измеряемым со стороны входного плеча НО, в то время как к остальным плечам подключены согласованные нагрузки.

Значения переходного ослабления и фазовые соотношения между выходными волнами напряжений существенно отличается для различных  типов НО (рис.2).

Рис.2. Разновидности направленных соединений.

В зависимости от численного значения переходного ослабления  ответвители делятся на устройства с сильной связью  и слабой связью . НО, имеющие равные мощности в выходных плечах , выделены в особый класс соединений, называемых гибридными или трехдецибельными направленными ответвителями.   

В техники СВЧ наибольшее распространение получили квадратурные гибридные  и синфазно – противофазные гибридные ( или ). Угол  характеризует разность фаз волн напряжений в выходных плечах. 

Разновидностью гибридных соединений является мостовые устройства (мосты), у которых волны напряжений в выходных плечах равны по величине и обладают постоянным фазовым сдвигом в рабочем диапазоне частот. Постоянство фазового сдвига в диапазоне частот соблюдается наилучшим образом для квадратурных гибридов являющихся полностью симметричными соединениями. У синфазно – противофазных гибридов с изменением частоты наблюдается значительные отклонения разности фаз , что обусловлено частичной асимметрией соединений.

                                                                                                                           Табл. 1.

Различные НО существенно отличаются друг от друга такими параметрами, как переходное ослаблении и фазовые соотношения между выходными волнами напряжений. При этом могут быть выделены основные группы направленных ответвителей (табл. 1.).

Перечислим ряд применяемых на практике ответвителей, обладающих указанными свойствами и реализуемых на различных линиях передачи.

1.  Кольцевая схема (cильная связь,  или )-1-я группа.

2.  Шлейфный ответвитель (cильная связь, )- 3-я группа.