ксв

и

0.9S

тельно выбрать критическую дли1ну волны тра-нсформируго-щей секции Лсь отличающуюся от Ксо, , таким образом, перейти к неоанородиому траиоформатору. Это дает до-полнительную степень свободы, которая может быть всегда использована для шолуче-иия более нимого ксв вблизи оредней частоты и одновременно позволяет уменьшить длину трансформатора.

Еслн Лео и Лг2 не равны, то это неизбежно приводит к неоднородному трансформатору. Прн согласоваини на оредней частоте равенство (б.П.!) все еще остается оправедливым, но существует бесконечное число 1ВОЗМ0Ж1НЫХ .критических длин 1В0ЛН Яс1 (н случае шря-моугольного волновода они равны 2ai). Рассмотрим этот общий случай, гаричем если потребуется однородный трансформатор, то Б расчете нужно (будет принять hn равным Лег.

Можио показать [5], что избыточные потери g [см. ур-ние (6.02.5)1 равны

=[(Г,-Г1)=+4ГЛсо5>е]. (6.11.2)

Рис. 6.11,2. Зависимость ксв от дтины волны для трех односишпонных четвертьволновых траиофорчаторов, рассчитанных для перевода от волновода сечением 22,86X1,27 мм к волноводу сечением 22,86X10,li6 мм-. Центральная частота равна 7211 Мгц.

кривая /-длк однородного трансформатора при ci-22,86 мм; тоивая 2 - го же прн 01=26,146 JK*; кривая 5 - для оптимального траисфорнатора при ci=48,26 jhw

Чтобы не было затухания на средней частоте

,необходимо

выполнение равенства Г| = Г2, эквивалентного равенству (6.11.1). Иинимнзащия частотной зависимости величины g на средней частоте приводит к уравнению, справедливому для волн ТЕ и ТМ:

Заметим, что

/я1 (г, г„)

(6.11.3)

(6. п.4)

и если, кроме того. /.,о=/.с2, то

>.с1< т>>-со (6.11.5)

Следовательно, можио всегда улучшить однородный трансформатор (Лс=?ц.о=Ас2). На рнс. 6.11.2 показана зависимость ксв от

- 276 -

нормированной длины волны для трех трансформаторов, согласующих прямоугольный волновод поперечного сечения аоХбо= = 22,86 Х 1,27 с волноводом поперечного сечения ааХ62- = 22,86X10,16 мм на средней частоте 7211 Мгц (?,о=4,1605 см). У первого (однородного) трансформатора ширина ai =22,86 мм, у второго-ai=26,l46 и у третьего (оптимального) ai -48,26 лш. Дальнейшее увеличение ширины трансформатора снова приводит к ухудшению' характеристики; вблизи оптимального значения она изменяется очень медленно.

Из приведенного рисунка видно, что крутизна \арактеристики наилучшего неоднородного трансформатора (0 = 48,26 мм) составляет несколько больше 45% от крутизны характеристики однородного. Более того, ширина И] является настолько некритичной, что может быть уменьшена от оптимального значения 48,26 м.ч до значения 26,924 мм. причем улучшение остается все еще около 50%. Это свойство очень полезно на практике, так как величина а, не может быть сделана намного больше, чем ао или аг, без появления волн высшего порядка и резко выраженного влияния неоднородностей сочленения.

В выбранном выше для численного и экспериментального исследования примере взят более высокий перепад сопротивлений [R=8) и рассмотрена работа на частоте, значительно более близкой к критической частоте (Ло/? :=0,91), чем обычно. При этом оптимизация величины а, может значительно улучшить параметры трансформатора. В большинстве же случаев (небольшой перепад R и незначительная дисперсия) улучшение, полученное за счет уменьшения дисперсии в трансформаторной секции по сравнению с секцией однородного трансформатора, будет незначительным. Поэтому изложенная методика окажется наиболее по-тезной только при сильной дисперсии и больших перепадах сопротивлений.

В табл. 6.11.1 приведена зависимость между А/Лс и KglX и другие данные, полезные при решении задач для неоднородных трансформаторов.

Касаясь всшросов компенсащнн влияния сочленении, отметим, что неидеальное сочленение м-ожет быть всегда представлено как идеальное при условии, что референсные плоскости неидеального-сочленения ( в которых коэффициент отражения Г является действительной величиной) уже не совпадают с его плоскостью. Ком-пенсацню для ступенек в плоскости Е можно осуществить по методике § 6.08. Если в сложных сочленения.х, включающих ступеньки как в плоскости£. так и в плоскости Н, неоднородности сочленений (т. е. ступеньки) достаточно малы, то их ложно рассматривать отдельно друг от друга, пользуясь данными в справочнике -Наркувица [23]; затем обе компенсирующие поправки суммируются. В большинстве случаев наблюдается благоприятное стремление этих nonpa.BDK к взаимной -компенсации; параллельная индуктивность ступеньки в плоскости Я частично компенсирует па-- 877 -

раллельную емкость ступеньки в плоскости Е. Если в прямоугольном волноводе с волной ТЕю должны одновременно увеличиваться (или одновременно уменьшаться) ширина а и высота Ь, то условие резонанса обеи.х реактивных неоднородностей совпадает с условием равенства волновых сопротивлений [24. стр. 170]:

fAii) =(-ЬЛ . (6,11.6)

\ о я /волловод 1 \ а к /волиовод2

Для случая, когда увеличение ширины о сопровождается уменьшением высоты b (илн наоборот), имеется эмпирическая формула [25], определяющая условие резонанса реактивных иеодиород-ностей и, следовательно, их взаимную компеисащию, однако точность этой формулы неизвестна.

Кроме изменения фазы, нендеальное сочленеине может оказать savieTHoe влияние также на величину коэффициента отражения (в случае ступенек только в плоскости Е оно обычно пренебрежимо мало, см. § 6.08). Приращение величины коэффициента отражения для ступенек в плоскости И в прямоугольном волноводе может быть получено из кривых, приведенных в справочнике Мар-кувица [23. стр. 296-304]. В этом случае значение ксв сочленения двух волноводов оказывается больше их перепада сопротивлений. Так, в рассмотренном выше примере полный перепад сопротивлений при идеальных сочленениях R равнялся 8. Однако из-за дополнительного отражения, вызванного реактивными проводимо-стями сочленений, эффективное значение R увеличилось до 9,6 ото подтверждено экспериментально [5]).

В качестве общего правила следует считать, что для пря.мо-угольных волноводов из-менение размера а (для ступеньки в плоскости И) должно быть меньше 10-20%, чтобы учет неоднородностей сочленений можно было проводить с помощью поправок первого порядка к теории идеальных трансформаторов. Главное - не допустить смещения референсной плоскости слишком далеко от плоскости сочлеиеиня [23, рис. 5.24.2, стр. 299 и рис. 5.24.S, стр. 303]. Симметричные сочленения более предпочтительны, чем асимметричные. Большие ступеньки в плоскости Н допускаются в том случае, если размеры волновода приближаются к критическим (т. е. при меньших размерах й).

6.12. Неоднородные четвертьволновые трансформаторы нз двух или 6o.-iee волноводных секций

Дли того чтобы у идеального неоднородного двухсекционного трансформатора (рис. 6.12.1) была максимально плоская характеристика (как для волн типа ТЕ, так и ТМ), необходимо выполнение следующих условий:

Зштрт

Иврмира сщят/Йлетя Лпшы Воли S 8oMohidaii:

+ g2

(6.12.3)

Для npeMOfi gmaSoda

г а а, на,

Рис. 6j12.1. Двухс&кциониый неоднородный четвертьволновый траиофор-

(объданение обозна-ченмй cAf. на рнс. 6.12.1).

Выражения (6.12.1) - (6.12.3) представляют собой только три условия для четы-рех шараметров Agi; Agz; Z,; (или ib случае прямоугольны* вашоводов для d, а^, ibi, Ь^). Таким образом, существует бескояечиое число двухсекционных трансформаторов с максимально плоской характеристикой, точно так же, как ранее было бесконечное число односек-цнонных согласующих трансформаторов, лричем одни имеют более плоские характеристики, чем другие.

В качестве примера на рис. 6.12.2 приведены характеристики трансформаторов, сочленения которых считаютси идеальными. В этом примере необходи.чо было перейти от прямоугольного волновода сечеиия аоХЬо=203,2X50,8 мм к волноводу сечением озХЬз=127Х76,2 мм. Средняя частота равнялась 1300Мгч. Выбранные величины а, показаны на рис. 6.12.2. Вероятно, существует

ксв

и

Рис. 6.12.2. Зависимость ксв от длины волны дли нескольких двуксеащиоиныч трансформаторов с максимально плоскими характеристиками, рас-считаниы.х для перехода от волновода сечением 203.2X50,8 ил к волновод\. сечением I27X Х76,2 ммК

Размеры в, и иг-в ям

оптимальный трансформатор (имеющий самую максимально плоскую характеристику ), но его не удалось получить. Вместо

этого было предложено выбрать размеры ui и йг так, чтобы свести к минимуму неоднородности сочленений и получить трансформатор', настолько близкий к идеальному, насколько окажется возможным.

Кривые на рис. 6.12.3 построены по ур-ниям (6.12.3), причем величина (XgjAg,) изменяется в пределах от 0,5 до 2,5 при R=\ (ось абсцисс), R=% 9, 10.

Рис. 6.12.3. Зависимость Zi, от (Я^аДО' для трансформатора с максимально ллоской характеристикой для десити значений R

В большинстве практических случаев трансформатор должен иметь минимальное отражение в пределах конечной полосы частот, а не максимально плоскую частотную характеристику. Пока не существует точного метода расчета широкополосных неоднородных трансформаторов, но приближенный метод разработан достаточно .хорошо. Ои заключается в том, что вначале рассчитывается трансформатор с максимально плоской характеристикой, а затем применяется теория неоднородных трансформаторов, на основе которой проводится многократнаи коррекция велич'нн перепадов сопротивлений [6].

Пример i. Рассчитать трансформатор для перехода от прямоугольного волновода сечением 22,86X10.16 мм (волновод типа WR-90 нли RG-62/U, или RG-67/U) к волноводу сечением 19,05х Х10,16 мм. Необходимо, чтобы при относительной ширине полосы пропускания 13% (по частотной шкале) значение ксв в этой полосе было бы меньше чем 1,10. Здесь .?щ=3,53 см.

Относительная ширина полосы пропускания, рассчитанная по шкале l/Ag примерно в (rfAjA()/(dVA) =(AgA)2 раз больше относительной ширины полосы пропускания, рассчитанной по частот - 281 -