Спрямований відгалужувач з двома отворами зв’язку

Спрямовані відгалужувачі

Відгалужувач складається з двох відрізків хвилеводу які мають спільну вузьку стінку, в якій прорізано два однакових отворів зв’язку (рис. 1.118). Відстань між центрами отворів

дорівнює .

Один хвилевод (1-2) являється основним, другий (3-4) – допоміжний. До плеча 4

допоміжний хвилевод приєднується поглинаючи узгоджуючи навантаження, а до плеча 3 – індикаторний пристрій, наприклад, вимірювач потужності.

Нехай основний хвилевод 1-2 спрямованого розгалжувача вмонтовано у контролюючий хвилевідний тракт. Частинна енергії падаючої хвилі (на рисунку показана суцільною лінією) через отвір зв’язку розгалужується у допоміжній хвилевод. В ідеальному випадку розгалужена енергія може передаватися тільки в сторону плеча 3, так як в будь-якому

перерізі праворуч (2) збуджені обома отворами зв’язку хвилі мають однакові фази (різниця ходу рівна нулю) і тому додаються. У протилежному напрямку, лівше перерізу (1), хвилі стають у протифазі, так як різниця їх ходу рівна . Тому результуюче поле дорівнює різниці полів відгалужених хвиль. Оскільки амплітуди хвиль однакові напруженість поля лівіше перерізу рівна нулю і енергії там немає.

При наявності відбиваючої хвилі енергія відгалужується тільки в плече 4, де повністю поглинається навантаження. Відповідно познаки індикатора потужності, включеного в плече 3, пропорціональні потужності падаючої хвилі. Якщо до генератора підключить плече 2 відгалужувача, то показники того ж індикатора будуть пропорціональності потужності відбитої хвилі. Відповідно відгалужувач, в залежності від способу включення, може бути індикатором або падаючої, або відбитої хвилі. Двох дірковий спрямований відгалужувач простий за конструкцією. Основні недоліки його – мала спрямованість (15 -20 дБ) і погана діапазоність. Крім того, двох дірковий відгалужувач не дозволяє одержати мале перехідне послаблення.

Велику широкосмуговість мають багатоелементні спрямовані відгалужувачі. Їх можна розглядати як каскадне з’єднання (рис. 1.119) декількох двоелементних відгалужувачів, відстань між якими дорівнює (2 k + 1)L₀/4. У разі такого розміщення отворів поле, що просочується у зворотному напрямку через одну пару отворів, почасти компенсується полем, що проходить через другу пару і для L ¹ L₀. Щоб зменшити габарити відгалужувача, відстань між парами отворів роблять мінімально можливою. Зокрема, для l = L₀/4 (k = 0) два середні отвори зливаються в один, і чотириелементний відгалужувач стає тридірковим (рис. 1.119. а).

У цьому випадку амплітуда поля, що проникає через середній отвір, має бути вдвічі більшою, ніж амплітуда поля, що прoходить через крайні отвори. Це досягається збільшенням діаметра середнього отвору (на рис. 1.119. а праворуч відносні значення амплітуд показані цифрами 1, 2, 1).

Міркуючи аналогічно, доходимо висновку, що можливо об’єднати два чотириелементні (тридіркові, рис. 1.119.б ліворуч) відгалужувачі в один чoтиридірковий (на рис. 1.119.б праворуч) і т. д. Із наведених міркувань випливає, що амплітуди хвиль, які проходять через п + 1отвір зв’язку багатоелементного СВ (коефіцієнти передачі цих отворів), мають бути пропорційні коефіцієнтам бінома Ньютона

1, n, n (n – 1)/2!,..., n (n – 1)(n – 2)/3!, …. (1.75)

З урахуванням того, що сума коефіцієнтів бінома дорівнює 2 ⁿ, вираз для перехідного ослаблення можна подати у вигляді

Тут уведено такі позначення напруженостей електричного поля:

Е ₁ - в основному хвилеводі; е ₃ - у побічному хвилеводі, створювана найменшим отвором; Е ₃ - сумарна в побічному хвилеводі; s ₁ = Е ₁/ е ₃ - коефіцієнт перехідного ослаблення найменшого отвору.

Діаметр d отвору в суміжній вузькій стінці хвилеводу та його коефіцієнт ослаблення пов’язані співвідношенням

(1.76)

Для визначення спрямованості СВ подамо E ₄ у вигляді

і запишемо залежність електричної відстані q між отворами від відносної розстройки за частотою

У цьому випадку |cosq| ⁿ = |sinD| ⁿ, і спрямованість

(1.77)

або . (1.77.а)

Багатоелементні СВ дозволяє також одержати мале (теоретично нульове) перехідне послаблення. Якщо знехтувати втратами і допустити, що відгалужувачі ідеально спрямовані, то загальний коефіцієнт передачі із основного хвилеводу в допоміжний (рис. 1.118) для каскаду (рис. 1.119) розраховується за формулою[3]:

,

де ;

m – число відгалужень.

Тоді перехідне послаблення каскаду дорівнює

.

Із приведених співвідношень випливає, що при достатньо великій кількості відгалужувачів можна одержати . В цьому випадку сумарний коефіцієнт передачі дорівнює одиниці , тобто відгалужувач забезпечує повну передачу енергії із основного хвилеводу в допоміжний.

Послідовність розрахунку багатоелементного СВ:

· за заданим значенням D для розстройки D за співвідношенням (1.77) обчислюють n;

· за потрібним перехідним ослабленням С визначають коефіцієнт перехідного ослаблення s ₁ найменшого отвору з виразу

;

· знаючи s ₁, обчислюють з виразу (1.76) діаметр d найменшого отвору в суміжній стінці хвилеводу

; (1.78)

· за допомогою коефіцієнтів (1.75) визначають амплітуди хвиль, що проходять через інші отвори, і діаметри цих отворів, підставляючи у формулу (1.78) відповідні значення s.

Дата добавления: 2014-11-29