Направленные ответвители и мосты сложения, страница 5

Ответвители со слабой связью (рефлектометры)

Ответвители со слабой связью используются для измерения падающей и отраженной мощности в мощных линиях передачи, для слежения за согласованием, качеством сигнала, наличием пробоев, и т.д. При этом поперечные размеры ответвляющей линии малы по сравнению с поперечными размерами передающей линии (коаксиала или волновода), и продольный размер линии ответвителя может быть тоже мал по сравнению с четвертью длины волны. Для этих приближений направленный ответвитель с достаточной точностью можно рассчитать упрощенно, полагая электромагнитное поле основной линии стационарным и не зависящим от наличия ответвителя. Пусть, как показано на рисунке, в практически однородном электромагнитном поле бегущей волны, совсем близко возле стенки линии передачи, помещается металлическая полоска, закрепленная на двух проводящих ножках, соединенных линиями с согласованными нагрузками.

Наводимый электрическим полем ток определяется площадью экранируемой полоской стенки линии передачи, а наводимое магнитным полем напряжение  площадью пронизываемой магнитным полем петли, образованной полоской, ножками и стенкой большой линии передачи. Ток разветвляется поровну в два одинаковых сопротивления согласованных нагрузок R и наводит на них одинаковые синфазные напряжения . Магнитное же поле наводит ЭДС , ток от которой  протекает последовательно по корпусу, первое сопротивление, полоску, второе сопротивление и снова по корпусу:.

Напряжение падает на двух последовательных сопротивлениях R , и напряжение относительно корпуса на них оказывается противофазным: . В ТЕМ волне везде выполняется соотношение . Для получения направленного ответвителя из этого устройства следует так подобрать площадь электрической и магнитной связи, чтобы , тогда, при отсутствии отраженной волны в основной мощной линии, ,  - получается противонаправленный ответвитель. Однако, надо учесть еще одно условие – через петлю ответвителя и линии его связи с согласованными нагрузками распространяются волны, поэтому весь этот тракт должен быть согласован, т.е. линии связи и полосковая линия, образующая петлю, должны  иметь одинаковое волновое сопротивление ,и оба перехода между полоской и линиями желательно сгладить. Если пренебречь краевыми эффектами, то есть считать поле волны плоско-параллельным и полностью сосредоточенным в прямоугольном параллелепипеде между полоской шириной a с высотой b над плоской стенкой, волновое сопротивление полосковой линии . (На самом деле полоска оказывается несколько поуже, ее настоящую ширину для заданной высоты, толщины и волнового сопротивления можно найти в справочниках, но электрической ее шириной для определения  можно считать именно величину a, найденную из данного соотношения, так как из-за того же самого краевого эффекта полоска, поднятая на высоту b, экранирует от электрического поля поверхность соответственно побольше, чем ее собственная площадь.)

Резюмируем теперь этот рецепт. Пусть нам дана незаполненная коаксиальная линия с внутренним радиусом r₁, радиусом наружной поверхности r₂. По линии пропускается мощность падающей волны P. Найдем напряженности электрического E и магнитного H полей у наружной стенки. Волновое сопротивление линии . Амплитуда напряжения между проводниками линии . Оно является интегралом вектора напряженности по радиусу линии

.

Отсюда напряженность на наружной стенке .