Конструкція і принцип дії турнікетного з’єднання

Турнікетне з’єднання є з’єднанням чотирьох прямокутних хвилеводів, у яких поширюється хвиля типу Н ₁₀, і одного круглого хвилеводу, у якому поширюється хвиля Н ₁₁. Прямокутні хвилеводи утворюють хрест у площині Н, а круглий хвилевід розташований у центрі перетину прямокутних хвилеводів перпендикулярно площині хреста (рис.5.1). Даний пристрій є дванадцятиполюсником, тому що круглий хвилевід може бути розглянутий як два плеча, що відповідають двом виродженим ортогональним хвилям у просторі. Орієнтація цих хвиль показана на рис.5.1 стрілками 5 і 6. Даний пристрій має чотири площини симетрії й одну вісь симетрії.

Рис. 5.1. Турнікетне з’єднання

Завжди можна узгодити будь-яке плече такого з’єднання. Звичайне узгодження плечей досягається за допомогою штиря, розташованого в центрі з’єднання, як показано на рис.5.2. Висота і діаметр нижньої частини штиря мають більше значення при узгодженні прямокутних хвилеводів, тонка ж частина штиря більше впливає на узгодження плечей круглого хвилеводу.

Рис.5.2. Узгодження турнікета

Якщо площини відліку обрані таким чином, що коефіцієнти розсіювання дійсні, то матриця розсіювання узгодженого турнікетного з’єднання буде мати вигляд

. (5.1)

Узгоджене турнікетне з’єднання буде мати такі властивості.

1. Якщо в плечі 5 і 6 (рис.5.1) подаються однакові сигнали, тобто в круглий хвилевід надходить хвиля, поляризована за бісектрисою кута між осями 5 і 6, а плечі хреста мають узгоджені навантаження, то потужність, що надходить у круглий хвилевід, буде розподілятися порівну між плечима 1, 2, 3 і 4 без відбиття в круглий хвилевід. Причому в парах плечей 1–2 і 3–4 вихідні сигнали знаходяться у фазі, але сигнали однієї пари плечей знаходяться в протифазі відносно сигналів іншої пари плечей.

2. Якщо ж сигнал подається в один із прямокутних хвилеводів, наприклад, у плече 1, а інші плечі мають узгоджені навантаження, то половина потужності вхідного сигналу передається в круглий хвилевід, а друга половина ділиться порівну між плечима 2 і 4. У плече 3 потужність не надходить.

3. Якщо в плече 1 надходить сигнал, а в круглому хвилеводі (плечі 5 і 6) на відстані, що забезпечує зсув фази q = n від площин відліку поміщений короткозамкнений поршень, то вихідний сигнал ділиться порівну між плечима 2, 3, 4, однак частина енергії відгалужується назад у плече 1. Тому, якщо в плечі 1 передбачити додатковий узгоджувальний пристрій, можна, принаймні у вузькому діапазоні частот, забезпечити рівномірний розподіл потужності між трьома іншими прямокутними хвилеводами.

4. Якщо плечі 2 і 4 короткозамкнені й однакові за довжиною, то дві відбиті від них хвилі виявляться в центрі з’єднання у фазі й відбита потужність розділиться порівну між плечима 1 і 3. Відбита потужність не проникає в круглий хвилевід, тому що в ньому відбиті від плечей 2 і 4 хвилі будуть мати поляризації, розгорнуті на 180⁰ відносно одна одної, і взаємно знищуватися.

5. Якщо одне з короткозамкнених плечей довше іншого на величину, що дорівнює , то при надходженні сигналу в плече 1, хвилі, відбиті від короткозамкнених плечей, будуть у протифазі, а поляризація хвилі, створюваної ними в круглому хвилеводі, буде збігатися з віссю короткозамкнених плечей. У такий спосіб у круглому хвилеводі будуть поширюватися дві хвилі, однакові за амплітудою, і такі, що відрізняються по фазі на 90⁰. Якщо довжина плечей регулюється, а різниця довжин плечей підтримується такою, що дорівнює , то поляризація хвилі, створюваної відбитими хвилями, буде змінюватися.

Розглянемо такий пристрій докладніше. Будемо вважати, що укорочені поршні будуть розташовані в плечах 2 і 4 на відстанях q ₂ і q ₄ від площин відліку і при цьому буде виконуватися умова q ₄ = q₂+ p /2 (рис.5.3). У цьому випадку з’єднання являє собою восьмиполюсник, для плечей якого візьмемо нумерацію, зазначену на рис.5.3.

Матриця розсіювання такого пристрою буде

,

де q ₂ – відстань на який знаходиться короткозамикальний поршень від площини відліку в плечі 2. Властивості такого пристрою суттєво залежать від величини q ₂.

а) при q ₂ = np, (n = 1,2,...) матриця розсіювання має вигляд

.

Розглянутий пристрій діє як звичайне мостове з’єднання, відрізняючись від нього тільки об’єднанням двох плечей 3 і 4 в одному круглому хвилеводі. Плечі 1 – 2, як і плечі 3 – 4, розв’язані. Тобто, якщо в плече 1 надходить сигнал, то є однакові вихідні сигнали на виходах плечей 3 і 4 за відсутності сигналу в плечі 2. Але ці два сигнали в плечах 3 і 4 можна розглядати у свою чергу як одну лінійно поляризовану хвилю, площина поляризації якої нахилена під кутом 45⁰ і спрямована праворуч нагору стосовно площини (рис.5.3). Якщо сигнал надходить у плече 2, то вихідний сигнал буде мати лінійну поляризацію, спрямовану праворуч униз під кутом 45⁰.

Рис.5.3. Міст на базі турнікетного з’єднання

Можливий і зворотний процес. Лінійно поляризована хвиля, що надходить у круглий хвилевід і має довільно спрямовану площину поляризації, буде розкладена на дві перпендикулярні складові, одна з яких спрямована вліво вниз стосовно площини (рис.5.3), а інша – вправо вниз. Перша надходить у плече 1, а друга – у плече 2. Таким чином, пристрій дозволяє провести аналіз поляризації хвилі, що лінійно поляризована так, що площина поляризації орієнтована під довільним кутом.

При прилад працює аналогічно з тією лише різницею, що необхідно поміняти місцями номери виходів.

Через взаємність, якщо в плечі 1 і 2 вводяться хвилі у фазі, то в круглому хвилеводі з’являється хвиля з лінійною поляризацією, напрямок якої залежить від амплітуд падаючих хвиль;

б) якщо то властивості з’єднання змінюються. Матриця розсіювання набуде вигляду

.

Якщо в плече 1 надходить сигнал, то в круглому хвилеводі з’явиться хвиля з круговою поляризацією. Тепер пристрій діє подібно чвертьхвильовій пластині, у той же час заміняючи собою перехід від прямокутного до круглого хвилеводу. Площина поляризації вихідного сигналу обертається за годинниковою стрілкою при і проти годинникової стрілки при .

При заданому значенні q ₂ сигнал, що надходить у плече 2, збудить у круглому хвилеводі хвилю, кругова поляризація якої спрямована в протилежний бік.

Можливий і зворотний ефект. Якщо в круглий хвилевід надходить сигнал, що має еліптичну поляризацію, то він буде розкладений на складові, поляризовані до кола, одна з яких виявиться в плечі 1, а інші – у плечі 2.

У такий спосіб за допомогою турнікетного з’єднання можна синтезувати будь-яку еліптичну поляризацію, змінюючи амплітуду і фазу хвиль, що надходять у плечі 1 і 2, і навпаки, вимірюючи амплітуди вихідних із плечей 1-ої і 2-ої хвиль, можна визначити параметри поляризації падаючої хвилі в круглому хвилеводі.

6. Якщо сигнал із плеча 1 збуджує в круглому хвилеводі сигнал із круговою поляризацією певного напрямку обертання, то при тому же напрямку кругової поляризації хвиля, що надходить у з’єднання через круглий хвилевід, повинна пройти в плече 2. Це явище використовується на практиці для комутації безперервних сигналів. Тобто, якщо турнікетне з’єднання налаштоване на кругову поляризацію q ₂ = p /4, то сигнал, що надходить у плече 1, збудить на виході круглого хвилеводу хвилю з правою круговою поляризацією. Після відбиття від будь-якої ізотропної поверхні (метал, діелектрик тощо), що знаходиться або в самому круглому хвилеводі, або в зовнішньому просторі, що опромінюється, ця хвиля повернеться зі зворотним (лівим) напрямком кругової поляризації. Коли ця відбита хвиля надійде назад у турнікет, вихідний сигнал буде спостерігатися тільки в плечі 2. У такий спосіб турнікетне з’єднання виконує функції антенного перемикача, що забезпечує розв'язку між виходом передавача і входом приймача.

7. На базі турнікетного з’єднання можливе створення циркулятора. Якщо закоротити круглий хвилевід і ввести в нього ротатор, що повертає площину поляризації хвилі на 45⁰, то при визначеній відстані між короткозамикачем і площиною відліку q = np можна одержати чотириплечий циркулятор 1-2-3-4-1.

На електричних схемах турнікетне з’єднання позначається як перехрещення двох прямокутних й одного круглого хвилеводів (рис.5.4).

Рис.5.4. Позначення турнікетного з’єднання на електричних схемах

Поиск по сайту: