Четырехполюсники СВЧ. Аттениюатор, вентиль. Фазовращатель. Шестиполюсники СВЧ. Y- тройники. Восьмиполюсники СВЧ. Направленный ответвитель. Двойной Т- мост

4.71) Четырехполюсники СВЧ. Аттениюатор, вентиль. Фазовращатель.

Четырёхполюсники

Волновод:

 - идеальный волновод;

  - реальный волновод 

Аттенюатор:                                  

, , – ослабление.

Вентиль: ;               

Фазовращатель:                                    

Аттенюаторы.

Это четырехполюсник с номинальным ослаблением, он изменяет амплитуду волны.

Различают фиксированные, ступенчатые, плавные.

Фиксированный представляет собой сужение волновода (его затухание очень сильно зависит от частоты):

Перестраиваемые аттенюаторы базируются на принципе введения поглощающего элемента в волновод в виде пластин:

Поглощающий элемент поглощает определенную долю падающей на него волны. Когда волновод расположен возле стенки волновода, он не поглощает – поле = 0. При перемещении к центру волновода пластинка попадает в центр поля и поглощает больше мощности – затухание увеличивается.

Фазовращатель.

Изменяет фазу падающей на него волны. Бывают фиксированные и перестраиваемые. Матрица рассеяния:          

Реальный характеризуется вносимыми потерями и невзаимным фазовым сдвигом. Наиболее просто устроена сжимная линия. Сжимная линия основана на том, что длина волны в волноводе зависит от размера широкой стенки. Под размером широкой стенки понимают размер ее проводящей части. Для изменения ширины стенки в ней устанавливается щелевая диафрагма.

 Изменение размеров диафрагмы приводит к изменению длины волны на участке длинной L следовательно к сдвигу фазы на величину:

Поскольку при достижении критической длины ширины стенки  сдвиг фазы может регулироваться от 0 до max значения соответствующей основной моде волновода. Второй способ – помещение во внутрь волновода диэлектрической вставки.

В качестве материала может применяться полистирол, пенопласт или тетанат бария, диэлектрическая проницаемость которого существенно зависит от внешнего электрического поля.

Вентиль.Невзаимный аттенюатор, который передаёт сигнал в одном направлении. Его матрица рассеяния:    

Реальный вентиль вносит фазовый сдвиг и обладает определенным ослаблением в обоих направлениях, как правило вентили базируются на механизме  резонансного поглощения в феррите либо на эффекте Фарадея.(Эффект Фарадея – это явление поворота поляризационной электромагнитной волны в веществе помещенном в магнитное поле).

Поворот плоскости поляризации при эффекте Фарадея является невзаимным.

Поляризационная плоскость П1 электромагнитная волна попадает на ферритовый элемент находящийся в магнитном поле и поворачивает плоскость поляризации на угол 45⁰. Выходной поляризатор так же поворачивается  на угол 45⁰ к входному и полностью пропускает падающее на него излучение. При распространении встречной волны вращение плоскости поляризации осуществляется в том же направлении и под тем же углом, т.о. плоскость поляризации после прохождения ферритового элемента перпендикулярна к плоскости поляризации П2 и излучение распространения в этом направлении полностью задерживается.

5.72) Шестиполюсники  СВЧ. Y- тройники.

Число полюсов многополюсника СВЧ определяется числом независимых мод.

Соединение 3-х линий передачи образуют 6-полюсник СВЧ. Наиболее распространёнными являются тройники.

матрица симметрии имеет вид:

Решим уравнение:              ;

=0 (опред-ль)

Надо решить это кубическое уравнение

;       ;    ;  -собственные числа.

Определим собственные векторы:

    ;  ;    - произвольное.

Модальная матрица:

 

Воспользуемся взаимностью и недиссипативностью для определения собственных чисел:       

Многополюсники, для которых выполнятся условие , наз. взаимными. Матрица рассеяния взаимного многополюсника симметрична ().

Если многополюсник не поглощает энергию падающего на него колебания (т.е. не имеет потерь), то он наз. недиссипативным. Матрица рассеяния недиссипативного многополюсника унитарна ().

Решив матрицу, получаем:

               

6. 73)Восьмиполюсники СВЧ. Направленный ответвитель. Двойной Т- мост.

  

Число полюсов многополюсника СВЧ определяется числом независимых мод.

Пусть волна распространяется из 1 в 2. Каждое из отверстий служит источником электромагнитного поля в сопряженном волноводе. U_1пр и U_{2 пр}  имеют одинаковый путь  они находятся в фазе  амплитуды складываются. U_2обр проходит дополнительный путь по сравнению с U_1обр в λ/4  в противофазе  вычитаются, т.о. происходит ответвление части мощности в плечо 2 и 4, а в плече 3 волны нет и, наоборот при подаче в 2 переходит в 1 и 3, а в 4 нет. Данное устройство позволяет изменять модуль коэффициента отражения. , , Падающая волна ответвляется в плечо 4 и индикатор режима показания α₄ пропорционален мощности падающей волны.  Коэффициент k определяется размерами, формой, положением отверстия и показаниями какая доля падающей волны ответвляется в плечо 4. Упавшая на нагрузку мощность отражается, и часть ее ответвляется в плечо 3, показания α₃ соответствуют мощности отраженной волны. Если коэффициенты передачи k для обоих отверстий одинаковы, то отношение показаний индикаторов  

Определяет модуль коэффициента отражения нагрузки. Разновидностью рефлектометра является направленный ответвитель:

Рефлектометр и напр-й ответвитель хар-ся рабочим диапазоном частот, переходным ослаблениеми направленностью .

Двойной Т- мост. Устройство, которое представляет собой гибрид Е-и Н-тройника и служит для измерения разности фаз. Если на плечи 1 и 2 подать два сигнала с одинаковой амплитудой и фазой, то в плече Е они вычитаются (поле будет равно 0), а в плече Н – суммируются. В начале с помощью аттенюаторов и калиброванного фазовращателя добиваются равности амплитуд и фаз сигналов в плечах 1 и 2. При этом в плече Е сигнал = 0. При изменении фазы исследуемого сигнала с помощью калибр-го фаз-ля снова добиваются нулевого показания индикатора. Изменение фазы исследуемого сигнала  равно разности 2-х отсчётов по шкале фазовращателя. Преимущества: 1) большая чувствительность; 2) каналы опорного и исследуемого сигналов развязаны. Данное устройство может выполнять роль электронных ”весов”: за счёт сравнения с эталонной нагрузкой, помещённой на входе 1, можно определить некую неизвестную нагрузку, расположенную на входе 2.