источником напряжения 2Е, последовательно включенным в плечо /. На рис. 13.07.16 и в представлены два различных состояния возбуждения этого ответвителя. При нечетном возбуждении в плечи / ,и 2 последовательно подаются противоположные по фазе напряжения (используется последовательная схема включения не-

Рпс. 13.07.1. Схемй направленного ответвителя на связап-т1Ы.ч полосковых лпнвях (о) при нечетном (б) и четном (в) типах возбуждения

точников), а для четного возбуждения в обоих плечах применяются два источника напряжения, совпадающие по фазе. С помощью принципа наложения нетрудно установить, что работа направленного ответвителя с источником напряжения 2£ в плече / описывается с помощью четного и нечетного возбуждения.

Из соображений симметрии видно, что в плоскости симметрии между проводниками ответвителя, когда ои возбуждается напряжениями, имеющими нечетную симметрию, можно поместить ве)тн-кальиую электрическую стенку, а когда он возбуждается напряжениями, имеющими четную симметрию, - вертикальную магнитную стенку. Волиовое сопротивление одного из этих проводников - 242 -

в присутствии электрической стеикн равно Zoc, а волновое сопротивление проводника в присутствии магнитной стенки равно Zoe.

Для того чтобы направленный ответвитель был полностью сог- ласован на всех частотах, необходимо, чтобы входное сопротивление Zi было равно Zo. Прн использовании принципа наложения входное сопротивление направлеииого ответвителя, нагруженного на сопротивление Zo, может быть записано в виде

£i -b£ Z, + Zi

w+le 1

где

7 7 z -nz ige

z.<,-biz tge

2 z + izige

Z -HiZ lge

(13.07.1)

(13.07.2)

(13.07.3)

при

Подставляя два последних выражения в первое, получим, что

(13.07.4)

Zo - \ ZooZoe

Zin=Zo для всех значений В.

При условии Zo=yZoeZoo напряжение, которое подводится ко входу Л равно £i=£. Напряження E2e=Eie н Езе=Е,е могут быть определены иепосредствеиио из анализа передающей линии длиной О с волновым сопротивлением Zoe, нагруженной иа каждом конце на сопротивление i ZoeZoo н возбуждаемой источннком Е. Аналогично напряжения £20 = -Е,о н £30=-Ею можио определить из анализа передающей линии длиной О с волновыл! сопротивле-ннем Zoa, нагруженной на сопротивление ZoeZoo. Результаты этого анализа показывают, что

Е Е

MVto~Vt)

icsine .

/ 1 с4 COS 9 + i sin е

Е,=Е,.-Е^ = 0: - 243 -

= = (13.07.5)

(13.07.6) (13.07.7)

Е Е

2cos в + i sin >

= (13.07.8)

(13.07.9)

11 -ccose+islnB

.Максимальное ответвленное напряжение £2 получается, когда длина ответвителя равна четверти длины волиы (т. е. 0 = 90°). При этом выражение (13.07.5) дает ф-лу (13.02.3) для максимального коэффициента связи с. При подстановке ее в выражения (13.07.5) и (13.07.8) напряжение в плече 2 может быть записано в виде ф-лы (13.02.1), а напряжение в плече 4 - ъ виде ф-лы 113.02.2). Максимальная связь .имеет место на средней частоте (О -л/2) и определяется по ф-ле (13.02.3).

13.08. Схемы четвертьволновых фильтров-прототипов для направленных ответвителей на связанных передающих линиях с волной ТЕМ

На рис. 13.08.1 показана схема четвертьволнового фильтра-прототипа. Она состонт нз двух ступенчатых перепадов сопротивлений (один вверх и другой вииз), разнесенных на расстояние & (в электрических градусах). Все волновые сопротивления нор.ми-руются относительно волновых сопротивлений двух нагружающих

линий, которые взяты равными единице. Амплитуды волн 0, &[, 02 определяются через поток мощности [:16], т. е. величины и \аг\

представляют мощность в прямом направлении, а величина 6iP - отраженную. Пользуясь обозначениями, принятымн иа рисунке, можно показать, что [1б]

6, rd-e-i )

Рис. 13.08.1. Схема четвертьволнового филь тра-прототипа для односекционного ответвителя с волной ТЕ.\1.

i. с bl - амч.титуды волн; v =-

1-Г^е-=в или, равносильно.

j cos в -f- isin О

(-Г')е-I- Пе-2 - 244 -

(13.08.1)

(13.08.2)

(13.08.3)

(13.08.4)

Теперь из выражений (13.07.6), (13.07.9) и (13.08.2), (13.08.4) видио, что bt/a, соответствует Е^/Е, а ог/о; - Е,1Е. Эти выражения эквивалентны друг другу, если принять, что

с = = Zj-l 3

1 + z?+l

и если Zi выб.рая10 большим единицы. Обратное соотношение: 1-/ПГ75

(13.08.6)

Отсюда следует, что четвертьволновые направленные ответвители иа связанных линиях с волиой ТЕМ могут быть рассчитаны по той же .методике, что и четвертьволновые фильтры (см. начало § 13,03). Можно показать, что для односекционного ответвителя, показанного на рис. 13.01.1о [ср. выражения (6.02.5) н (6.02.6)],

Л. =i , J =I)isine, (13.08.7)

£1 4J?

=Z;> =

(13.08.8)

представляет собой ксв филыра-прототипа (см. рис. 13.08.1) на средней частоте ( j- общее выражение для коэффи-

циента связи по мощности будет иметь внд = 1-

sinaO

(13.08.9)

c sine

~ 1 -ccosse

Ниже приведены основные соотношения для ответвителей с волиой ТЕМ (как имеющих, так м не имеющих симметрии относительно пар зажимов 1, 2 к 4, 3), выраженные через параметры четвертьволнового фильтра-прототипа.

- 245 -

ОБЩИЕ ФОРМУЛЫ ДЛЯ РАСЧЕТГА НАПРАВЛЕННЫХ ОТВЕТВИТЕЛЕЙ НА СВЯЗАННЫХ ПЕРВДАЮЦЩХ ЛИНРШХ С 1ВОЛНОИ ТЕМ НА ОСНОВЕ ЧЕТВЕРТЬВОЛНОВОГО ФИЛЬТРАЛРОТОПША

Коэффициент стоячей волны R четвертьволнового фильтра иа средней частоте связан с общим коэффициентом связи со ответвителя следующим образом:

или Со = . (13,08.10)

1-0 4-1

Значение величины R иа средней частоте равно

(13.08.11)

где Zi - нормированные сопротивления секций четвертьволнового фильтра-прототипа.

Коэффициенты связи с, отдельных секций ответвителя и нормированные сопротивления Z, секций четвертьволнового фильтра-прототипа находятся в следующем соотиошеии-н:

Z -1

Сопротивления секц-пп ответвителя для четного и нечетного ти-

пов колебаний равны:

(13.08.13)

(13.08.14)

Для ответвителей с полном сим1метрией, учитывая, что п - нечетное, можио ввести следующие упрощения:

<:,- = £ +, ,; (13.08.15)

2, -Z , , ; (1308.16)

V, п\л-1 й ступеньки прототипа; (13.08.17)

R (V,F,V . .K ,f. (13.08.18)

На рис. 13.03.1 был показан сим,.метричиый трехсекцнониый ответвитель с волной ТЕМ, а также его четвертьволновый фильтр-прототип, коп-орый, ,в отличие от трансформаторов, рассмотренных в гл. 6, симметричен но отношению к своему входу и выходу. Но этот фильтр-прототип не согласован на средней частоте, так как нулевое отражение в нем соответствует нулевому значению .переходного затухания в соответствующем науправленном ответвителе. Характеристики направленного ответвителя на связанных линиях с волной ТЕМ точно такие же, как у четвертьволнового фильтра, в котором прямая и обратные волиы разделены и превращены - 246 -

в две бегущие i(b (противоположных направлениях) вачны ib двух параллельных передающих линиях. При этом общее выражение для коэффициента отражения нротоггипа иревращается в общее выраженне для коэффициента связи ответвителя. Это также показано ка рис. 13.03.1.

До сих пор еще не удалось получить общих решений для сим- метричшлх -секционных ответвителей с волной ТЕМ, характеристики которых имели бы равные пульсации, как .показано на рис. 13J08.2 (решения для трехсекциоииого и пятисекциониого ответвителей приведены в §§ 13.03 и 13.04). Однако Левн [25] представил общее решение для оптимальных несимметричных ответвителей с равнопульсирующи-ми характеристиками.

Фазовые соотношения между выходными сигналами. Для симметричного ответвителя выходные напряжения £z и £4-(для трехсекциоииого ответвителя оии были показаны на рнс. 13.03.1) находятся в квадратуре на всех частотах (т. е. отличаются иа 90°, если их измерить непосредствеино иа зажимах ответвителя). Этот результат непосредственно следует из аналогии с четвертьволновым фильтром, поскольку для любого симметричного Р™- 13°8.2. требуемые хвраи-геристи-1VJ .luouiu ..naii.c.pr. пеосходного затухания для сим-

четырехполюсвика без потерь мегричны.х ответвителей с волной фазы падающей и отраженной ТЕМ:

волн отличаются иа 90° [17]. - трехсекциоииого: б - пятисек-

цпопного; я - семнсекпионного

13.09. Некоторые общие соотношения для шлейфных ответвителей

Шлейфные ответвители представляют собой направленные ответвители, состоящие из двух .параллельных передающих линий, связаиных посредством ряда шлейфов'(рис. 13j09.1). Длины шлейфов и раастэяния между инми равны Одной четверти длины волиы в шотиоводе иа средней частоте. Для улучшения электрических характеристик мож^зо -менять волновые сопротивления двух параллельных главных линий от секции к секции, а также изменять н сопротивления шлейфов.

Схема на рис. 13.09.1 в равной стапеии относится к сечекию внутреннего проводника коаксиальной линии и к изготовленному печатным способом центральному (проводнику полосковой переда-- 247 -