Реферат: Устройства СВЧ
--PAGE_BREAK--2 РЕАКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫРеактивные нагрузки, применяемые в качестве мер при измерениях на СВЧ, а также в согласующих и управляющих устройствах СВЧ, должны обладать стабильным нормированным входным сопротивлением, величина которого может быть строго рассчитана по геометрическим размерам. В качестве реактивных двухполюсников обычно используют короткозамкнутые отрезки закрытых линий передачи, иначе говоря короткозамкнутые шлейфы. Реактивное сопротивление короткозамкнутого шлейфа определяют по формуле<img width=«93» height=«24» src=«ref-1_463078626-312.coolpic» v:shapes="_x0000_i1031">, где ZВ — нормированное волновое сопротивление; b — коэффициент фазы, l — длина шлейфа. Основным параметром, характеризующим качество реального шлейфа, является величина входного КСВ, которая должна быть как можно более высокой. В нерегулируемых коаксиальных или волноводных шлейфах с неподвижным запаянным поршнем КСВ может достигать. 500 и более. В регулируемых шлейфах с подвижными поршнями значения КСВ из-за дополнительных потерь в контактах получаются ниже, однако, как правило, превышают 100. Холостой ход в шлейфах, т.е. размыкание выхода, может быть реализован только в закрытых многопроводных линиях передачи, когда устранено излучение.
2.1 Поршни
Возможные конструктивные решения подвижных короткозамыкающих поршнейдля прямоугольных волноводов показаны на рис. 3 для продольных сечений, параллельных узкой стенке волновода. В первой конструкции (рис. 3, а) разрезные пружинные контакты А вынесены от закорачивающей стенки В внутрь волновода на расстояние lв/4. Поэтому контакты оказываются в сечении волновода с нулевыми значениями продольного тока на стенках волновода, и неидеальность контактов не приводит к потерям мощности.
<img width=«221» height=«322» src=«ref-1_463078938-20382.coolpic» v:shapes="_x0000_i1032">
Рис. 3 Волноводные короткозамыкающие поршни:
1— волновод; 2 — поршень; 3 — тяга
Во второй конструкции поршня (рис. 3, б) механические контакты А включены в волновод через два трансформирующих отрезка линии передачи с низкими значениями нормированного волнового сопротивления ZВ1 и ZВ2. Предполагая, что активное сопротивление контактов в точке А равно rа, и применяя дважды формулу пересчета сопротивления через четвертьволновый трансформатор, находим входное сопротивление в точках В: rB= =rA(ZВ1/ZВ2)2. При выборе ZВ1<<ZВ2 удается существенно уменьшить эквивалентное сопротивление контакта rA и увеличить КСВ поршня.
В третьей конструкции поршня (рис. 3, в) точки механического контакта помещены в середину свернутого короткозамкнутого полуволнового отрезка линии передачи, состоящего из двух каскадно включенных четвертьволновых отрезков с волновыми сопротивлениями ZВ1 и ZВ2. К активному сопротивлению контактаrA добавляется бесконечное реактивное сопротивление короткозамкнутого четвертьволнового шлейфа с волновым сопротивлением ZВ2, и сумма сопротивлений контакта и шлейфа трансформируется четвертьволновым отрезком с волновым сопротивлением ZВ1в практически нулевое сопротивление в точке В (т. е. в точке В создается виртуальное короткое замыкание для токов СВЧ).
Рассмотренные принципы выполнения волноводных поршня непосредственно применимы и в коаксиальных поршнях для диапазона коротких сантиметровых волн. На дециметровых и более длинных волнах применяются коаксиальные поршни с обычными пружинными контактами в точках короткого замыкания линии передачи, так как четвертьволновые трансформирующие отрезки оказываются слишком громоздкими.
2.2 Диафрагмы
Диафрагмаминазывают тонкие металлические перегородки, частично перекрывающие поперечное сечение волновода. В прямоугольном волноводе наиболее употребительны симметричная индуктивная, симметричная емкостная и резонансная диафрагмы, показанные на рис. 4.
<img width=«217» height=«266» src=«ref-1_463099320-13598.coolpic» v:shapes="_x0000_i1033">
Рис. 4 Диафрагмы в прямоугольном волноводе
В индуктивной диафрагме (рис. 4, а) поперечные токи на широких стенках волновода частично замыкаются через пластины, соединяющие эти стенки. В магнитном поле токов, текущих по пластинкам диафрагмы, запасается магнитная энергия. Схема замещения индуктивной диафрагмы представляет собой индуктивность, включенную параллельно в линию передачи. Нормированную реактивную проводимость индуктивной диафрагмы bLопределяют по приближенной формуле
<img width=«187» height=«24» src=«ref-1_463112918-440.coolpic» v:shapes="_x0000_i1034"> (2.2.1)
где <img width=«21» height=«23» src=«ref-1_463113358-212.coolpic» v:shapes="_x0000_i1035"> — длина волны в волноводе; а – размер широкой стенки волновода; dL— ширина зазора диафрагмы.
Емкостная диафрагма (рис. 4, б) уменьшает зазор между широкими стенками волновода, между кромками диафрагмы концентрируется поле Е и создается некоторый запас электрической энергия. Поэтому схемой замещения емкостной диафрагмы является емкость, включенная параллельно в линию передачи. Нормированная реактивная проводимость емкостной диафрагмы bсопределяется по приближенной формуле
<img width=«220» height=«24» src=«ref-1_463113570-455.coolpic» v:shapes="_x0000_i1036"> (2.2.2.)
где b — размер узкой стенки волновода; dc — ширина зазора диафрагмы. Емкостная диафрагма сильно снижает электрическую прочность волновода.
Резонансная диафрагма (резонансное окно) — металлическая пластинка с отверстием прямоугольной или овальной формы(рис. 4, в), содержащая в себе элементы индуктивной и емкостной диафрагм. Размеры отверстия резонансной диафрагмы могут быть выбраны так, чтобы на заданной резонансной частоте диафрагма не оказывала влияния на распространение волны H10в волноводе, т. е. имела нулевую проводимость. Схема замещения резонансной диафрагмы имеет вид параллельного резонансного контура, включенного в линию передачи параллельно. Приближенно резонансную частоту резонансной диафрагмы определяют из условия равенства волновых сопротивлений линии передачи, эквивалентной волноводу, и отверстия диафрагмы на основании формулы (2.2.3):
<img width=«128» height=«47» src=«ref-1_463114025-490.coolpic» v:shapes="_x0000_i1037"> (2.2.3)
<img width=«245» height=«53» src=«ref-1_463114515-553.coolpic» v:shapes="_x0000_i1038"> (2.2.4)
Можно убедиться, что выбранной резонансной длине волны l0 в формуле (2.2.4) соответствует множество диафрагм с отверстиями различных размеров, начиная с узкой щели длиной l0/2 и кончая полным поперечным сечением волновода. Эти резонансные диафрагмы обладают разной внешней добротностью, т. е. добротностью эквивалентного колебательного LC-контура <img width=«128» height=«27» src=«ref-1_463115068-354.coolpic» v:shapes="_x0000_i1039"> с учетом влияния согласованной с двух концов линии передачи, в которую включен этот контур.
продолжение
--PAGE_BREAK--2.3 Штыри
Индуктивный штырь, показанный вместе со схемой замещения на рис.5, а, представляет собой проводник круглого сечения, установленный в поперечном сечении прямоугольного волновода по направлению силовых линий поля Е, и соединенный с двух концов с широкими стенками волновода.
<img width=«225» height=«178» src=«ref-1_463115422-11284.coolpic» v:shapes="_x0000_i1040">
Рис. 5 Индуктивный штырь в прямоугольном волноводе
Схема замещения индуктивного штыря содержит параллельно включенную индуктивность и два последовательных емкостных сопротивления, учитывающих конечную толщину штыря. Номиналы элементов определяются по формулам и графикам, имеющимся в справочной литературе. Индуктивные штыри не снижают электрической прочности волновода и просты в изготовлении. Когда необходимы низкие значения параллельного сопротивления ха, применяют решетки из нескольких индуктивных штырей, располагаемых в поперечном сечении волновода, как показано на рис. 5, б.
Емкостный штырь (рис. 6) представляет собой круглый проводник, установленный по направлению силовых линий поля Е и соединенный однимконцом с широкой стенкой волновода. Схема замещения емкостного штыря содержит последовательный LC-контур, включенный параллельно в линию передачи. Емкость этого контура связана с концентрацией поля Eв области разомкнутого конца штыря, а индуктивность обусловлена прохождением токов по штырю. При некоторой длине штыря, близкой к l/4, проводимость последовательного контура обращается в бесконечность, и волновод закорачивается.
<img width=«249» height=«105» src=«ref-1_463126706-7097.coolpic» v:shapes="_x0000_i1041">
Рис. 6 Емкостной штырь в прямоугольном волноводе
Более короткие штыри имеют емкостную проводимость: при длинах штыря, больших резонансной, проводимость носит индуктивный характер. Последовательные емкостные сопротивления в схеме замещения учитывают конечность толщины штыря. При малых диаметрах штыря эти сопротивления малы, и их влиянием можно пренебречь. Емкостные штыри в основном применяют в качестве регулируемых реактивных элементов, вводимых внутрь волновода с помощью резьбовых отверстий на широкой стенке. Однако емкостные штыри заметно снижают электропрочность волноводов, и поэтому в мощных трактах они не находят применения.
3 РАЗЪЕМЫ И СОЧЛЕНЕНИЯ В ТРАКТАХСВЧ
Для осуществления сборки и разборки трактов отдельные узлы и устройства СВЧ оснащают специальными разъемами, которые должны обеспечивать надежный электрический контакт в местах соединения проводников между собой. Основные требования к разъемам состоят в сохранении согласования и электрической прочности тракта при минимальном ослаблении мощности и отсутствии: паразитного излучения.
В высококачественных соединителях для гибких коаксиальных кабелей контакты обеспечивают с помощью пружинных цанг и штекеров (рис. 7, а), удерживаемых в соединении посредством внешних резьбовых соединений или иных фиксирующих приспособлений. Соотношение диаметров проводников на любом участке внутри коаксиальных высокочастотных соединителей подбирают таким образом, чтобы с учетом параметров диэлектрика обеспечивалось постоянство волнового сопротивления линии. Согласование в высокочастотных коаксиальных соединителях в сильной степени зависит от заделки кабеля и при аккуратном выполнении характеризуется среднеквадратическим значением КСВ порядка 1,05—1,15.
Высокочастотное соединители для жестких коаксиальных, волноводов на повышенный уровень мощности выполняют без опорных диэлектрических шайб. Эскиз возможной конструкции коаксиального соединителя для жесткой коаксиальной линии показан на рис. 7, б. Во многих случаях высокочастотные соединители для жестких коаксиальных волноводов должны быть герметичнымикак для защиты внутренних рабочих поверхностей проводника от внешних воздействий, так и для повышения электрической прочности тракта путем создания внутри тракта избыточного давления.
3.1 Соединители волноводных трактов
Соединение отрезков прямоугольных волноводов осуществляют с помощью фланцев двух типов: контактных и дроссельных.
Контактные притертые фланцы требуют тщательной обработки и строгой параллельности соприкасающихся поверхностей и могут обеспечивать высокое качество сочленения, которое, однако, быстро ухудшается при многократных пересборках тракта.
<img width=«393» height=«276» src=«ref-1_463133803-47052.coolpic» v:shapes="_x0000_i1042">
Рис. 7Высокочастотные коаксиальные соединители:
1 — штыревой контакт 2 — гнездовой контакт; 3 — штыревая втулка; 4 — гнездовая втулка
<img width=«228» height=«166» src=«ref-1_463180855-14848.coolpic» v:shapes="_x0000_i1043">
Рис. 8 Контактный волноводный фланец:
1— контактная прокладка; 2 — канавки с уплотнителем; 3 — отверстия
для фиксирующих штифтов
Для улучшения качества контакта между фланцами на штифтах помещают бронзовую прокладку, имеющую ряд разведенных пружинящих лепестков, прилегающих к внутреннему периметру поперечного сечения соединяемых волноводов (рис. 8). Защита сочленения от пыли и влаги осуществляется резиновыми уплотнительными кольцами, уложенными в канавках на фланцах по обе стороны от контактной прокладки.
В дроссельном фланце (рис. 9) контакт между волноводами осуществляется через последовательный короткозамкнутый шлейф длиной lВ/2, выполненный в форме канавок и углубления внутри фланца. Четвертьволновой участокмежду точкой короткого замыкания А и точкой механического контакта В является коаксиальным волноводом с волной типаН11, а второй четвертьволновый участок между точкой механического контакта В и точкой включения шлейфа в волновод С является отрезком радиальной линии передачи. Точка механического контакта попадает в узел распределения поверхностного тока Jи поэтому на сопротивлении контакта rкне происходит заметного выделения мощности. Виртуальное короткое замыкание между сочленяемыми волноводами в точке С обеспечивается тем, что суммарная длина дроссельных канавок от точки А до точки С составляет lв/2. Для защиты полости тракта от внешних воздействий применяют уплотнительную прокладку, укладываемую в добавочную концентрическую канавку.
<img width=«371» height=«180» src=«ref-1_463195703-16164.coolpic» v:shapes="_x0000_i1044">
Рис. 9Дроссельный волноводный фланец: a— эскиз; б — схема замещения
Дроссельные фланцы не критичны к качеству механического контакта и небольшим перекосам в сочленении, не снижают электрической прочности тракта. Их недостатками являются зависимость качества согласования от частоты и сложность конструкции.
продолжение
--PAGE_BREAK--
еще рефераты
Еще работы по коммуникациям
Реферат по коммуникациям
Оптические системы передачи
2 Сентября 2013
Реферат по коммуникациям
Синтез системы автоматического управления непрерывным объектом
2 Сентября 2013
Реферат по коммуникациям
Электрические преобразователи
2 Сентября 2013
Реферат по коммуникациям
Пассивные линейные измерительные преобразователи синусоидальных напряжений и токов
2 Сентября 2013