‎Элементы СВЧ трактов. Элементы радиотехнических устройств и автоматики, применяемые в ЗРС

1.

Тема 3:
«Элементы радиотехнических устройств
и автоматики, применяемые в ЗРС»
Занятие 2. Элементы СВЧ трактов.
Вопросы:
1. Волноводные тройники, направленные ответвители, щелевой волноводный
мост, устройства связи волновода с нагрузкой.
2. Резонаторы.
3. Аттенюаторы.

2.

Литература:
1. В.А. Журавлёв, В.С. Озарчук, М.Э. Поспелов «Основы теории
электромагнитных волн в волноводах», учебное пособие, СПб 2023 г. – 67 с.
2. В.А. Журавлёв, С.В. Маковей, В.С. Озарчук, М.Э. Поспелов, В.В. Ясницкий
«Средства обеспечения ЗРС радиолокационной информацией», учебное
пособие, СПб 2022 г. – 453 с.

3.

Вопрос 1.
Волноводные тройники, направленные ответвители, щелевой
волноводный мост, устройства связи волновода с нагрузкой.
Волноводные тройники
Это соединение двух волноводов (основного и вспомогательного),
продольные оси которых расположены под прямым углом.
Вспомогательный (боковой) волновод может включаться либо в
широкую, либо в узкую стенку основного волновода. В первом случае
плоскость разветвления волноводов совпадает с плоскостью
электрических силовых линий, поэтому такое разветвление называется
Е-тройником. Во втором случае плоскость разветвления совпадает с
плоскостью магнитных силовых линий, поэтому такое разветвление
называется H-тройником.

4.

E тройник
Н - тройник
Н тройник
Е - тройник

5.

Рассмотрим свойства волноводных тройников с качественной
стороны (количественный анализ сложен). Волноводные Е и Н
тройники можно представить в виде упрощенных эквивалентных схем
пользуясь аналогиями с длинными линиями.
2
2
а)
г)
1
3
1
3
2
2
б)
д)
1
3
2
в)
1
3
1
3

6.

Аналогичным способом проанализируем свойства Н-тройника.
1
3
3
1
в)
а)
2
1
2
3
1
3
г)
б)
2
- силовая линия направлена из-за плоскости чертежа
- силовая линия направлена за плоскость чертежа
2

7.

Н-тройник имеет большую электрическую прочность, чем Етройник, но уступает ему в широкополостности.
В современных РЛС, состоящих на вооружении, находят применение
так называемые двойные волноводные тройники, представляющие
собой комбинацию двух волноводных тройников Н-тройника и Етройника.
Е-плечо
2
плечи 1, 3, 4 – Н-тройник
плечи 2, 3, 4 – Е-тройник
4
Н-плечо
3
1

8.

Направленный ответвитель
Волноводные ответвители служат для ответвления некоторой части
мощности из основного тракта во вспомогательный.
Ответвление в обычном ответвителе не зависит от направления
распространения волны в основном тракте. Примером такого
ответвителя является штырь, введенный в волновод.
Направленным ответвителем (НО) называется устройство,
позволяющее ответвлять из основного тракта раздельно мощность
падающей и отраженной волн.

9.

НО состоит из двух взаимно перпендикулярных отрезков волновода,
имеющих общую широкую стенку. Элементом связи является
крестообразное отверстие, прорезанное в общей широкой стенке
волноводов. Оно представляет собой две излучающие щели продольную
и поперечную, которые для вспомогательного волновода являются
возбуждающими источниками. Каждая щель возбуждает во
вспомогательном волноводе волны, которые в одном плече вычитаются,
а в другом – суммируются.

10.

Поперечная щель, прерывающая продольные токи в основном
волноводе, является продольной щелью вспомогательного волновода.
На краях щели будут накапливаться заряды, которые возбуждают волну
Н10 во вспомогательном волноводе. Эта волна распространяется как в
плечо 2 так и в плечо 4. Такую щель на эквивалентной схеме можно
представить генератором ЭДС, подключенным параллельно к плечам 2 и
4. Такой генератор запитывает плечи 2 и 4 синфазно.

11.

Щелевой волноводный мост
Конструктивно щелевой мост представляет собой два волновода,
имеющих общую узкую стенку. Часть общей стенки вырезана и на этом
участке образуется расширенный волновод. Общий вид щелевого моста
показан на рисунке.
а
2
lщ
б
4
Н20
Н10
3
1
I
а
II
б
III

12.

Устройства связи волновода с нагрузкой
Рассмотрим штыревые возбуждающие устройства, предназначенные
для возбуждения волны Н10, так как они наиболее часто применяются
в волноводных трактах. Штыревые возбудители осуществляют передачу
электромагнитной энергии от коаксиальной линии в волновод, поэтому
их часто называют коаксиально-волноводными переходами.
Простейший
штыревой
возбудитель
представляет
собой
продолжение центрального проводника коаксиальной линии. Наружный
проводник коаксиальной линии при этом присоединяется к стенке
волновода.

13.

Штыревой возбудитель очень прост по конструкции, однако он
узкополосен (полоса пропускания не более 6%) и имеет малую
электрическую прочность. Малая электрическая прочность объясняется
концентрацией электрического поля между концом штыря и
противоположной стенкой волновода.
Для уменьшения концентрации электрического поля применяют
штыри специальной формы, например, каплевидные , пестиковые.
Увеличение электрической прочности в данном случае достигается за
счет перехода от коаксиальной линии к волноводу.
Разновидностью пестиковой конструкции является пуговичная
конструкция штыря . Такое возбуждающее устройство при =10 см
позволяет передавать в волновод без пробоя мощности порядка 1 Мвт.

14.

Вопрос 2.
Резонаторы.
Колебательные системы в виде резонансных линий являются
основными для дециметровых волн, но на сантиметровых волнах длина
линии получается такого же порядка, как ее диаметр, и о линии вообще
уже говорить нельзя. Даже на наиболее коротких дециметровых волнах
(10-30 см) применение резонансных линий часто становится
неудобным. Основным типом колебательных систем для сантиметровых
волн (и отчасти для дециметровых) являются объемные резонаторы,
предложенные советским ученым М. С. Нейманом в 1939—1940 гг.

15.

Рис.1 — Переход от обычного контура (а) к объемному резонатору (в)

16.

Объемный резонатор представляет собой экранированную
колебательную систему, в которой отсутствуют потери на излучение и
нет внешнего поля, способного создать паразитные связи с другими
цепями. Кроме того, в объемном резонаторе нет потерь в твердых
диэлектриках и активное сопротивление стенок резонатора очень мало
благодаря их большой поверхности. В результате всего этого, если от
резонатора не отбирается энергия, то его качество может доходить до
десятков тысяч. Удобно также то, что наружная поверхность объемного
резонатора имеет нулевой потенциал и не несет на себе токов. Поэтому
объемные резонаторы могут монтироваться без изоляции.

17.

Рис.21. Виды тороидальных резонаторов

18.

Рис.22. Электрическая (а) и магнитная (б) связь резонатора с другими цепями и их
эквивалентные схемы (в и г)

19.

Рис.23. Связь резонатора с двумя цепями

20.

Рис.24. Дифракционная связь волновода с объемным резонатором
(через отверстие)

21.

Вопрос 3.
Аттенюаторы.
Волноводные аттенюаторы (ослабители) служат для ослабления и
регулировки уровня мощности сигнала, проходящего по волноводному
тракту. Наиболее широко аттенюаторы используются в измерительной
технике для уменьшения в нужное число раз мощности, поступающей в
измерительные приборы (например, в волномер, измеритель мощности
и пр.) или в некоторые радиотехнические устройства.
Применяются аттенюаторы с фиксированным ослаблением и
переменные аттенюаторы.

22.

Принцип работы поглощающих аттенюаторов точно такой же, как и
у поглощающих нагрузок. Отличие их заключается в том, что
аттенюаторы поглощают только часть проходящей энергии. В
поглощающих аттенюаторах, как правило, применяются поверхностные
поглощающие сопротивления, конструкция и расположение которых
относительно узких стенок волновода аналогичны показанным на
рис.27.
Рис.27. Волноводные поглощающие нагрузки

23.

Обычно в волноводе устанавливают одну или две пластины с
поглощающим слоем. Так как электромагнитная энергия может
распространяться через аттенюатор в прямом и обратном направлениях,
пластины имеют скосы с обоих концов. Величина ослабления зависит от
числа пластин, их длины и места расположения в волноводе.
Рис.27. Волноводные поглощающие нагрузки

24.

Применяются также переменные аттенюаторы ножевого типа
(рис.28), в которых ослабление регулируется глубиной погружения
пластины в волновод.
Рис. 28 Аттенюаторы ножевого типа

25.

Задание на самостоятельную подготовку:
1. Изучить материал по конспекту.
2. Изучить материал по учебному пособию В.А. Журавлёв, В.С. Озарчук,
М.Э. Поспелов «Основы теории электромагнитных волн в
волноводах».