Техническая электродинамика: Сборник лабораторных работ (Режимы работы линий передачи. Исследование волноводных четырехплечих (гибридных) соединений), страница 21

Рис. 1. Направленный ответвитель с двумя отверстиями связи

Рассмотрим, как складываются в сечении «b» волны  и , движущиеся в направлении плеча 3.

Пройдя путь от сечения «d» до сечения «b», волна  изменит фазу на величину , так как расстояние, пройденное волной, равно . Волна в основном волноводе проходит путь от сечения «d» до сечения «b» равный  и изменит фазу на величину . В сечении «b» она возбудит волну , имеющую фазу . Следовательно, в сечении «b» волны  и  складываются в фазе и поступают в плечо 3 вспомогательного волновода, образуя далее одну волну.

Волна  возбуждается волной из основного волновода, имеющей сдвиг по фазе относительно сечения «d» равный . Затем, распространяясь по вспомогательному волноводу от сечения «b» до сечения «d», она проходит путь , и поэтому в сечении «d» сдвиг по фазе между волнами и составит величину p. Так как обе эти волны одинаковы по амплитуде, то в направлении плеча 4 передачи мощности не будет (волны компенсируют друг друга).

При подаче мощности в плечо 2 волна во вспомогательном волноводе будет распространяться в направлении плеча 4 и не пройдет в плечо 3.

Мощность, поступающая во вспомогательный волновод, зависит от величины отверстий связи.

Работа ответвителя с двумя отверстиями существенно зависит от частоты. При частоте, отличной от расчётной, волны  и  не будут в противофазе, и, следовательно, некоторая доля мощности будет проходить в плечо 4, развязка плеч 1 и 4 нарушается.

На рис.2 показаны векторные диаграммы для  и , из которых легко получить величину суммарного вектора полей напряженностей полей

.                                               (1)

Для работы в более широком диапазоне частот используют направленные ответвители с тремя отверстиями (рис. 3).

Рис. 2. Векторные диаграммы, поясняющие нарушение развязки плеч 1 и 4

в ответвителе с двумя отверстиями связи

Рис. 3. Направленный ответвитель с тремя отверстиями связи

Расстояния между осями отверстий для некоторой (расчётной) частоты делаются равными четверти длины волны в волноводе. Все возбуждённые во вспомогательном волноводе волны, распространяющиеся от каждого отверстия в направлении плеча 3, складываются в фазе на любой частоте. Отверстия связи имеют разные размеры. Отверстия «а» и «с» одинаковые, отверстие «b» имеет больший размер такой, чтобы амплитуды волн  и  в два раза превышали амплитуды волн ,  (, ). Сложение волн на расчётной частоте и на частоте, отличной от расчётной, показаны на рис. 4.

Из векторной диаграммы видно, что в случае  составляющие  и  волн, идущих от каждого из отверстий в плечо 4, у отверстия «а» будут складываться так, как показано на векторной диаграмме, то есть волна от отверстия  «b»,  представляемая  вектором  , отстает по фазе от  волны  на

Рис. 4. Векторные диаграммы, поясняющие нарушение развязки плеч 1 и 4

в ответвителе с тремя отверстиями связи

180°, а волна от отверстия «с», представляемая вектором , отстает от волны  на 360°. Для выполнения хорошей развязки необходимо выполнение условия

.                                                        (2)

При частоте, отличной от расчётной, составляющие волны (,) будут отличаться по фазе от составляющих волны 1 на 180°±d, волны  – на 360° ± 2d.

Угол между векторами  и  в любом случае будет равен 2d, а величина вектора , определяющего волну, проходящую в плечо 4,

,                                                  (3)

но так как , то при малых изменениях фазы d, получим

.                                        (4)

Из сравнения выражений (1) и (4) видно, что  для направленного ответвителя с тремя отверстиями связи будет меньше зависеть от частоты, чем для направленного ответвителя с двумя отверстиями связи.

Основными параметрами направленного ответвителя являются направленность, переходное ослабление и коэффициент стоячей волны на входе ответвителя, а также передаваемая по основному тракту мощность. Иногда применяется и такой параметр, как развязка.