Устройства СВЧ и антенны. Техническая электродинамика и устройства СВЧ. Устройства СВЧ: Методические указания к лабораторным работам, страница 3

Поляризационные аттенюаторы, которые часто называют прецизионными, указанных недостатков не имеют. Аттенюатор состоит из трех волноводных секций, причем крайние секции I и II являются переходами в волноводах от прямоугольного к круглому сечению и закреплены неподвижно относительно друг друга. Средняя секция II­волновод круглого сечения, имеющий возможность вращения вокруг своей продольной оси. Внутри каждой секции имеется поглощающая пластина, причем в секциях I и III они расположены параллельно широким стенкам волновода и выполняют роль фильтра (рис. 5).

Рис. 5

В секции II пластина сориентирована в плоскости диаметрального сечения волновода. В волноводах круглого сечения распространяется волна типа , в которую трансформируется волна типа , распространяющаяся в волноводе прямоугольного сечения. Вектор составляющей электрического поля  волны типа , распространяющейся в секции II, оказывается по отношению к плоскости расположенной в ней диэлектрической пластины под углом  и его можно условно разложить на две составляющие (рис. 5а). Составляющая  параллельная поглощающей пластине, ею поглощается, а составляющая , перпендикулярная плоскости пластины, на выходе секции II круглого волновода имеет минимальные потери. В волноводе секции III круглого волновода вектор электрического поля  сориентирован под углом  по отношению к плоскости поглощающей пластины. Его также можно условно разложить на две составляющие: одна составляющая, перпендикулярная плоскости пластины (рис. 5б), равна величине  и проходит секцию II беспрепятственно, а другая, параллельная плоскости пластины и равная  поглощается. Таким образом, общее ослабление, создаваемое аттенюатором при развороте секции II относительно секции I и III на угол, равно

   [дБ],                                                                           (3)

где  ­ начальное ослабление, когда все три поглощающие пластины находятся в одной плоскости, т.е. угол =0.

Согласованная оконечная нагрузка 10 используется для полного поглощения распространяющейся в волноводе волны. Нагрузкой может служить аттенюатор, закороченный с одного конца (рис. 6).

Рис. 6

Суммарное затухание волны на пути до замкнутого конца волновода равно . Для уменьшения отражений от входа согласованной оконечной нагрузки поглощающие пластины выполняются либо с заостренными концами (рис. 6а), либо введение их в волновод происходит постепенно от стенок к его оси, как это показано на рис. 6б. Поглощающий элемент может быть выполнен в виде металлизированных стеклянных пластин (рис. 6в). При этом коэффициент отражения такой нагрузки менее 0,1% в 12-процентной полосе частот при .

Коксиально волноводный переход КВП IIизображен на рис. 7 и его можно представить как возбудитель волны в волноводе того или иного типа.

Рис. 7.

Внешний проводник 1 коаксиальной линии 1 подсоединяется к волноводу 2 по периметру отверстия на его широкой стенке, а внутренний проводник 3 заканчивается штыревым вибратором 4, углубленным в волновод 2. Наиболее практически применяемым является зондовый коаксиально-волноводный переход, который может иметь утолщение на конце (способ увеличения широкополосности КВП). Для установления в волноводе режима бегущей волны служит реактивная диафрагма 5, с помощью которой можно получить коэффициент отражения 5% в полосе частот порядка 10÷15%.

Детекторная секция 7 по конструкции и принципу работы практически ничем не отличается от рассмотренной ранее детекторной камеры (см. рис. 2) ДК измерительной линии. В качестве поглотителя мощности используется СВЧ диод. В этой части изложения мы уделим внимание вольт-амперной характеристики диода (рис. 8).

Рис. 8

Известно [3], что участок ветви характеристики при уровне напряжений на диоде  хорошо описывается квадратичной зависимостью тока от напряжения. При малых уровнях СВЧ мощности, что обычно имеет место при измерениях в лабораторных условиях (это делается для обеспечения безопасности персонала), напряженность поля в волноводе, на которую реагирует чувствительный элемент, соединенный с диодом (петля связи, штырь и т.п.), меньше граничного уровня , т.е. мы заведомо работаем на квадратичном участке вольт-амперной характеристики. В этом случае ток диода будет прямо пропорционален квадрату напряженности поля, т.е. мощности электромагнитной энергии. Это обстоятельство необходимо учесть при измерениях и расчетах.

2. МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК СВЧ УСТРОЙСТВ

2.1. Измерение коэффициентов отражения, стоячей и бегущей волны

Известно [3], что оптимальным с точки зрения передачи энергии в нагрузку, т.е. к любому подключаемому к линии передачи СВЧ устройству, является режим бегущей волны. Это соответствует режиму полного согласования нагрузки с линией передачи. При этом отраженная от нагрузки волна отсутствует, а модули напряженности поля во всех сечениях линии передачи постоянны. Отношение комплексной амплитуды отраженной волны, измеренной по величине напряженности электрического поля , к падающей  (т.е. поступающей на вход СВЧ устройства энергии) получило название коэффициента отражения (от нагрузки) . Для оценки  какой-либо нагрузки необходимо измерить  и , что сделать непосредственно возможно с помощью двойного направленного ответвителя (см. лабораторную работу №2). Направленный ответвитель устанавливается между измерительной линией 5 и исследуемым устройством 6 (см. рис. 1) таким образом, что вход 1 основного волновода подсоединяется к измерительной линии, а к выходу 2 подсоединяется исследуемое СВЧ устройство 6. При этом на выходах 3 и 5 вторичных волноводов измеряется мощность электромагнитной энергии на выходе 5 мощность, пропорциональная мощности падающей волны, на выходе 3­ пропорциональная отраженной волне. Если полагать, что переходные ослабления С (см. теоретическую часть лабораторной работы №2) между плечам 1 и 5, 2 и 3 равны, то можно считать, что отношение мощностей на плечах 5 и 3 соответствует коэффициенту отражения :