Соединения отдельных волноводных секций осуществляются при помощи специальных фланцев, припаянных к концам волновода и снабженных отверстиями для болтов. Применяются контактные и дроссельные фланцы. Главные идеи, воплощенные в конструкции дроссельного фланца, состоят в замене механического контакта электрическим, свойства которого мало зависят от качества обработки соединяемых поверхностей фланца, и в осуществлении механического разъема по линии, на которой устанавливается узел поверхностных токов. Устройство дроссельного фланца (рисунок 2.1) следующее: на конце одного из сочленяемых волноводов располагается фланец, имеющий кольцевую канавку глубиной примерно в четверть длины волны в свободном пространстве. Расстояние от канавки до середины широкой стенки волновода также равно четверти длины волны. Торцевая поверхность дроссельного фланца между волноводом и кольцевой канавкой не совпадает с поверхностью фланца, находящегося за пределами канавки. С этим фланцем сопрягается второй фланец, имеющий плоскую поверхность без канавки. При дроссельном соединении волноводов между ними включена последовательно радиальная четвертьволновая линия, образованная плоскостями фланцев. Данная радиальная линия, в свою очередь, нагружена на коаксиальную четвертьволновую линию, образованную четверть волновой канавкой. Для увеличения широкополосности дроссельного соединения его конструктивные параметры выбираются таким образом, что волновое сопротивление коаксиальной линии значительно превышает волновое сопротивление радиальной.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Достоинством дроссельных фланцев является некритичность к качеству механического контакта и небольшим перекосам в сочленении; сохранение параметров соединения при многократных сборках и разборках; возможность введения изоляционных прокладок между соединяемыми элементами при необходимости их развязки по постоянному току. Наличие дроссельных канавок не приводит к снижению электрической прочности тракта. Недостатками дроссельного фланца является сложность конструкции и зависимость параметров от частоты; сравнительная узкополосность, определяемая использованием в конструкциях фланцев резонансных отрезков длинных линий; большие по сравнению с контактными фланцами размеры; трудность получения малых значений КСВН.

Рисунок 2.1 Устройство волноводного дроссельного соединения

Контактные фланцы имеют несколько разновидностей. Притертый фланец при тщательной обработке и строгой параллельности соединяемых поверхностей обеспечивает хороший электрический контакт. К достоинствам контактных фланцев относится малая зависимость отражений от частоты - малый КСВН; большая широкополосность, определяемая шириной пропускания волновода, малые размеры. Недостатками притертых фланцев являются высокие требования к точности изготовления и чистоте обработки, высокая стоимость изготовления, а также низкая надежность при многократных сборках и разборках соединения из-за снижения качества контактных поверхностей; ухудшение параметров при загрязнении и окислении контактных поверхностей. Избежать некоторых недостатков волноводных соединений с притертыми фланцами удается во фланцах с контактными прокладками. В этих фланцах надежный контакт обеспечивается при помощи пружинящих лепестков, прилегающих к внутреннему периметру поперечного сечения волновода.

При выполнении волноводных трактов часто приходится изгибать волновод под различными углами. Однако резкие изгибы могут создать значительное отражение падающей мощности. Для уменьшения отражения делают плавные повороты на участках длиной в несколько длин волны. Изгибы и плавные повороты прямоугольных волноводов, возбужденных на основной волне Н10, могут быть выполнены в плоскостях Е и Н, т. е. по широкой и узкой стенке волновода. Для изменения поляризации применяется скручивание волноводов.

Уголки для прямоугольных волноводов выполняются двух видов: с двойным поворотом и с одиночным поворотом предельного типа. Характеристики уголка с двойным поворотом могут быть определены из рассмотрения рассогласования, вносимого уголком с одиночным поворотом. В уголках с двумя поворотами оба уголка с одиночными поворотами располагаются таким образом, чтобы их отражения компенсировали друг друга на требуемой длине волны. Средняя длина L, необходимая для компенсации отражений, в уголке с двойным поворотом в Е- плоскости приблизительно равна четверти длины волны в волноводе, а для поворота в Н-плоскости длина L должна быть больше четверти длины волны в волноводе.

Рисунок 2.2. Уголковый поворот в плоскости Е

и круглый поворот в плоскости Н

Круглые повороты в волноводах могут быть рассматриваемы как части линий с волновыми сопротивлением, отличающимся от волнового сопротивления прямого волновода на величину, зависящего от радиуса и угла закругления и от механических допусков для поперечного сечения. Для лучшего согласования поворот должен иметь длину вдоль оси равную целому числу полуволн.

Скрученный прямоугольный волновод лучше всего согласуется, когда его длина равна целому числу полуволн в волноводе.

Для обеспечения возможности относительного перемещения составных частей тракта относительно друг друга используются подвижные соединения или вращающиеся переходы. Данные устройства должны иметь хорошее согласование полного сопротивления при всех углах поворота (КСВН не более 1.2) и в некоторых случаях должны обеспечить чистоту типа, поскольку возбуждение нежелательных типов волн может дать резонансы, которые могут вызвать сильные отражения в тракте.

Для характеристики качества согласования элементов тракта широко используются два понятия: коэффициент отражения и коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН).

3 Методика измерений

Структурная схема измерения состоит из генератора СВЧ сигнала, измерительной линии, индикатора. К выходу измерительной линии подключается исследуемый элемент, нагруженный на согласованную нагрузку.

Длина волны в волноводе определяется с помощью измерительной линии. Для этого необходимо замкнуть волновод измерительной линии накоротко пластиной и, перемещая каретку, измерить по шкале расстояние l между двумя соседними узлами напряженности электрического поля (узлу напряженности соответствует минимальное отклонение шкалы индикатора). Длина волны вычисляется как .

Для определения коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВН) необходимо, перемещая каретку вдоль измерительной линии, отметить по шкале индикатора наименьшее Amin и наибольшее Amax показания. КСВН определяется как

(2.1)

На точность измерения КСВН влияют следующие факторы:

§  неточность отсчета показаний индикаторного прибора – d Ки;

§  наличие отражений в переходных устройствах – d Кп;

§  неоднородность линии – d Кл;

§  наличие отражений от зонда индикаторной головки – d Кг.

Суммарная ошибка вычисляется по формуле:

(2.2)

Таким образом, исследовать элементы волноводного тракта с малыми отражениями вышеизложенным методом нежелательно, так как коэффициенты отражений от этих элементов имеют тот же порядок, что и ошибки измерения. Поэтому отражения от данных элементов волноводного тракта лучше всего исследовать методом смещения узлов. Схема, предназначенная для измерения КСВН данным методом, содержит генератор, развязывающий аттенюатор, измерительную линию, включаемую по одну сторону от исследуемого элемента волноводного тракта, однородную линию с короткозамыкающим поршнем, включаемую по другую сторону от исследуемого элемента волноводного тракта и индикатор. При помощи измерительной линии регистрируется смещение узла напряженности поля, вызванное изменением положения поршня. Если исследуемый элемент тракта не вносит искажений, то включение его равносильно включению однородной линии между измерительной линией и короткозамкнутым поршнем. В этом случае перемещение поршня на определенное расстояние вызывает такое же смещение узлов на измерительной линии. Если измеряемый элемент вносит в линию неоднородности, то перемещения поршня и узлов будут неодинаковы. На этом и основана методика измерений. Сам процесс измерений заключается в следующем: выбираются две произвольные точки– на измерительной линии А и на линии с поршнем Б (рисунок 2.3). Поршень перемещают на различные расстояния l2 от точки Б, отмечая каждый раз положение узла l1 на измерительной линии относительно точки А.

Рисунок 2.3

По полученным данным строят график зависимости (рисунок 2.4)

, (2.3)

где - волновое число линии. Измерительная линия и линия с поршнем имеют одинаковые значения k. Из графика находят величину и вычисляют значение модуля коэффициента отражения по формуле

(2.4)

Рисунок 2.4

Значение КСВН вычисляется по формуле:

(2.5)

4 Порядок выполнения работы

1 Измерить КСВН волноводного уголкового поворота методом смещения узлов на частотах, указанных преподавателем:

1.1)  Собрать схему измерения. Выход измерительной линии замкнуть накоротко при помощи металлической пластины. Аттенюатор генератора вывести на максимальное затухание.

1.2)  Настроить генератор на частоту, указанную преподавателем.

1.3)  Определить положения минимумов поля вдоль измерительной линии.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8