Виток связи

Рис. 2.24. Возбуждение волны Ню с помощью витка

петли связи (рис. 2.24). Применяется также дифракционная связь, т. е. связь через отверстие в общей стенке волноводов, если тако вая есть. Энергию, передаваемую из одного волновода в другой, регулируют, изменяя величину отверстия.

Для получения в волноводе режима бегущих волн используются различные согласующие устройства. По принципу действия они похожи на перемычки, которые применялись в длинных линиях и создавали определенный вид реактивной нагрузки. На рис. 2.25, а показан настроечный винт, который эквивалентен ли НИИ, разомкнутой на конце. Если его длина /</./4, он эквивалентен емкости, а при Z>/v/4 - индуктивности. Размещается винт параллельно электрическим силовым линиям.

На рис. 2.25,6, в изображены согласующие диафрагмы - тонкие металлические пластины, расположенные в поперечном сече-

Рис. 2.25. Виды согласующих элементов в волноводе 66

НИИ волновода. В случае б действие диафрагмы аналогично сбли-ясению обкладок конденсатора, т. е. увеличению емкости. В случае в в диафрагме возникают токи, увеличивающие магнитное поле, т. е. увеличивается индуктивность. Иногда для согласования с нагрузкой используется ответвление, внутри которого движется плунжер (рис. 2.25,г). Длина ответвления подбирается таким образом, чтобы волна, отраженная от плунжера, и волна, отраженная от нагрузки, около ответвления складывались и компенсировали друг друга.

Применение и разновидности. Волноводы в виде металлических труб, о которых говорилось, не являются единственным вариантом полноводных систем. С переходом па более высокие рабочие частоты, с миниатюризацией радиоэлектронной аппаратуры появилась необходимость в новых видах волноводов. Одним из них является полосковый волновод, рабочая частота которого до 10 ГГц. Полосковый волновод конструктивно очень прост - две или три металлические пластины, разделенные диэлектриком, толщина которого несколько миллиметров. Основными недостатками таких волноводов являются небольшая электрическая прочность и потеря в диэлектрике.

В последнее время стал широко использоваться оптический волновод или световод, наиболее перспективным типом которого является гибкий волоконный световод. Он имеет низкие потери и позволяет передавать свет на больп1ие расстояния.

Световод представляет собой тонкую нить из оптически прозрачного материала. Эта нить имеет сердцевину и оболочку, показатели преломления которых различны. Лучи света, распространяясь по световоду, испытывают полное внутреннее отражение на Поверхности раздела сердневииы и оболочки и распространяются только по сердцевине. Диаметр нити световода-от нескольких десятков до нескольких тысяч микрометров. В настоящее время разработаны световоды н более сложной конструкции, например многослойные или с эллиптической сердцевиной. Последние перспективны для применения, где требуется сохранить поляризацию света.

Световодом распространяются электромагнитные колебания, частоты которых (Ю'з... 10 5 Гц) выходят за пределы радиочастот, что дает возможность передавать по ним очень больнюй объем Информации. Благодаря этому очень важному свойству световоды входят в состав интерфейсных систем, предназначенных для обмена информацией между устройствами вычислительной системы (например, между устройствами ввода данных и запоминающим устройством). В большинстве ЭВМ третьего поколения, устанавливаемых иа борту летательного аппарата, используются такие Интерфейсные системы.

Б 67

2.4. ОБЪЕМНЫЕ РЕЗОНАТОРЫ

На волнах сантиметрового диапазона (а частично и дециметрового) применение отрезков длинных линий в качестве колебательных систем становится нецелесообразным из-за сильного увеличения потерь, что влечет за собой падение добротности контура- основной качественной характеристики. Поэтому уже на наиболее коротких волнах дециметрового диапазона (10...30 см) и сантиметровых волнах основным видом колебательных систем становятся объемные резонаторы.

Объемный резонатор представляет собой металлическую коробку, не имеющую внутренних проводов. Получить его можно из отрезка волновода, закрыв торцы хорошо проводящими металлическими пластинами. Объемные резонаторы бывают прямоугольные, цилиндрические, тороидальные и т. д. (рис. 2.26).

На рис. 2.27 показаны три варианта перехода от контура с сосредоточенными параметрами к объемному резонатору. Суть этого перехода заключается в том, что к металлическим пластинам, выполняющим функции конденсатора, подключается параллельно бесконечное множество витков, образующих катугпку индуктивно сти. В результате увеличиваются резонансная частота и добротность. Поясним сказанное с помощью простого числового примера. Если включить параллельно 36 витков, то индуктивность умеиьпттся в 36 раз, а частота увеличится в 6 раз, так как

При этом характеристическое сопротивление контура, определяемое формулой p}LiC, уменьшится в 6 раз, если считать, что Потери в основном сосредоточены в витках, а активное сопротивление уменьшится в 36 раз. Зная, что Q=plR, получаем для дан-

Рис. 2.26. Об1.емиыс резонаторы:

а - прямоугольный; б - цилиндрический; в - тороидальный

---N

Рис. 2.27. Переход от контура с сосредоточенными параметрами к объемному резонатору:

а - прямоугольному; б - цилиндрическому; в - тороидальному

НОГО примера увеличение добротности контура в б раз. Исходя из рассмотренного примера при числе витков, равном ;V, следует ожидать увеличение добротности и частоты в iW. На самом деле качество контура возрастает гораздо больше, чем в Объемный резонатор представляет замкнутую металлическую поверхность, которая является хорошим экра1Ю.м и исключает излучение. Добротность объемных резонаторов достигает 10.

Благодаря отражению энергии от стенок резонатора структура поля внутри пего такая же, как и у длинных линий и волноводов в режиме стоячих волн. Резонансная длина волны резонатора определяется его геометрическими размерами. Резонансная частота для резонатора прямоугольного типа (рис. 2.26, а)

Хо=2/КТ7НчЛ7/л

цилиндрического (рис. 2.26, б) Ло=2.62/?,

тороидального с воздушным заполнением (рис. 2.26, в)

Хо=2тсг1/ти й.

В отличие от контура с сосредоточенными параметрами объ емный резонатор так же, как любая система с распределенным!, параметрами, имеет бесчисленное множество резонансных частот, что и является его основным недостатком.

Для связи объемных резонаторов с другими цепями используются те же элементы, что и в волноводах: П1тырь, петли связи, отверстие. Настройку резонаторов иа определенный диапазон частот можно осуществить, изменяя их объем. Для этого используются подвижные плунжера, конструкции с двумя цилиндрами, один из которых может ввинчиваться и вывинчиваться и т. д. Небольшую перестройку можно производить с помощью ввинчивающихся внутрь резонатора винтов, короткозамкнутых витков и т. д. Изменение длины или местоположения этих элементов приводит к изменению какого-нибудь реактивного сопротивления объемного резонатора, а следовательно, и к нзмснению его резонансной длины волны.

Такие достоинства объемного резонатора, как высокая доброт иость, полная экранировка и отсутствие токов и напряжений па наружной поверхности, небольшие размеры, прочность конструкции, обеспечили самое широкое их использование в сантиметровом диапазоне волн. Обт^емные резонаторы применяются в мощных магнстронных и клистронных генераторах радиопередатчиков не которых самолетных станций, в антенных переключателях, волномерах и т. д.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ

1. Какими преи\1ущества.уи и недостатками обладают волноводы по сравнению с длинными линиями?

2. Что такое критическая длина волны в волноводе и отчего она зависит?

3. Почему волноводы не используются в метровом диапазоне волн?

4. В чем разница волн типа Н и типа Е?

5. Покажите структуру .члектрического и магнитного полей для вмны Н^.

6. Что такое фазовая и групповая скорость, в чем разница между ними?

7. Определите размеры поперечного сечения нря.моугольного волновода, если через него проходит колебание с частотой 8 ГГц.

8. Какое значение имеет местоположение элементов связи в волноводе?

9. Почему объемные резонаторы имеют высокую добротность?

10. Определите размеры цилиндрического резонатора для колебаний с частотой 3 ГГц.

11. Определите основную резонансную частоту колебаний волны Ню, возникающую в прямоугольном объемном резонаторе с а=3 см.

12. Каким образом можно перестроить объемный резонатор?

13. Недостатки и преимущества объе.миых резонаторов.

рлава 3.

АНТЕННЫ И РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН

3.1. НАЗНАЧЕНИЕ АНТЕНН. ПОЛУВОЛНОВЫИ И ЧЕТВЕРТЬВОЛНОВЫЙ

ВИБРАТОРЫ

Антенна служит для излучения и приема электромапштных колебаний. Передающая антенна преобразует токи высокой частоты в электромагнитные колебания. Прие.мпая антенна преобразует энергию электромагнитных волн в токи высокой частоты. Антенны обладают очень важным свойством обратимости, т. е. способности работать как па прием, так и на передачу с сохранением всех основных параметров. Это свойство позволяет рассматривать аитеп-ны, не разделяя их на приемные и передающие.

Простейшая антенна может быть получена из отрезка четвертьволновой линии, разо.мкпутой на ко1ще (рис. 3.1,с). Такой отрезок излучает радиоволны слабо, так как магнитные поля обоих проводов во внешнем пространстве почти полностью компенсируют друг друга из-за противоположного направления токов в проводах. Если концы такой линии развести в разные стороны, то получим простейшую антенну - симметричный вибратор, длина которого равна Я/2. Токи в проводах вибратора совпадают по па-

Рис. 3.1. НИИ (а) и

Образование полуволнового вибратора из отрезка разомкнутой ли-его эквивалентная схема (б)