Граничні атенюатори

Критерієм розповсюдження хвиль по будь-якому хвильовому тракту є нерівність . У протилежному випадку настає режим відсічки і поширення хвиль не відбувається.

Залежність компонентів поля електромагнітної хвилі в лінії передачі від поздовжньої координати z має вигляд

(7.3)

де – стала поширення хвилі; – фазова стала хвилі в лінії передачі; – довжина хвилі в лінії передачі; – коефіцієнт загасання.

Уздовж лінії передачі поширюється біжуча хвиля (множник ), амплітуда якої зменшується вздовж z за експонентою (множник ).

Стала поширення γ може бути знайдена із співвідношення

, (7.4)

де – довжина хвилі у вільному просторі; – критична довжина хвилі, яка залежить від типу хвилі й розмірів поперечного розрізу хвилеводу; – поперечне хвильове число, яке визначається в процесі розв’язання граничної задачі і, наприклад, для прямокутного хвилеводу дорівнює

де a – ширина прямокутного хвилеводу; b – висота прямокутного хвилеводу; m, n – індекси типу хвилі ().

З формули (7.4) знаходимо

. (7.5)

На досить низьких частотах таких, що , підкореневий вираз від’ємний, унаслідок цього

; . (7.6)

Залежність поля від координати z у цьому випадку має вигляд . Знак мінус береться для того, щоб забезпечити загасання хвилі вздовж хвилеводу.

Електричне і магнітне поля в граничному хвилеводі змінюються за експоненціальним законом і пульсують у часі без зміни фази вздовж осі z.

При у підкореневому виразі (7.6) другим членом у порівнянні з першим можна знехтувати, тоді

Отже, якщо вибрати розміри розрізу хвилеводу досить малими, щоб на робочій частоті забезпечити співвідношення , то згасання у хвилеводі визначається тільки величиною і не буде залежати від частоти.

Ця властивість граничного хвилеводу використовується в атенюаторах граничного типу. На рис.7.1,а показана одна з можливих конструкцій граничного атенюатора, а рис.7.1,б пояснює принцип його роботи. Атенюатор являє собою коаксіальний хвилевід, у якому на відрізку довжиною l вилучена центральна жила. У такий спосіб він складається з двох відрізків коаксіального хвилеводу, між якими розташований відрізок циліндричного хвилеводу довжиною l. Зовнішній діаметр коаксіального хвилеводу вибирається таким, щоб циліндричний хвилевід був граничним і для нього в робочому діапазоні частот виконувалася нерівність . У даній конструкції використовується ємнісний зв’язок за рахунок наявності збуджуючих дисків, альтернативним збуджуючим елементом індуктивного характеру є петля.

Електромагнітна хвиля, що поширюється у вхідному відрізку коаксіального хвилеводу, збуджує поле в циліндричному хвилеводі. Його амплітуда на відрізку l зменшується за експонентним законом. Поле на виході хвилеводу збуджує хвилю у вихідному відрізку коаксіального хвилеводу. Оскільки амплітуда на виході циліндричного хвилеводу значно менша, ніж на вході, амплітуда електромагнітної хвилі у вихідному коаксіальному хвилеводі також менша, ніж у вхідному. У такий спосіб розглянутий пристрій послаблює електромагнітну хвилю, тобто є атенюатором. Змінювати ослаблення, внесене таким атенюатором, можна шляхом зміни довжини циліндричного хвилеводу l. При цьому необхідно підкреслити, що згасання не пов’язане з поглинанням енергії в атенюаторі. Енергія, що не пройшла через граничний атенюатор, відбивається в бік генератора.

Згасання граничного атенюатора визначається згідно з

[дБ]. (7.7)

З цього виразу бачимо, що згасання є лінійною функцією відстані між збуджуючими елементами ( – початкове значення відстані), тому граничний атенюатор може бути відкалібрований без порівняння із зразком.

Рис.7.1. Граничний атенюатор: а – конструкція; б – принцип дії

При малих відстанях між елементами зв’язку згасання, що вноситься, змінюється нелінійно внаслідок наявності біля збуджуючого елемента хвиль вищих типів. Це обумовлює те, що початкова відстань між збуджуючими елементами вибирається такою , щоб відповідне згасання склало 15–30 дБ. Оскільки згасання в граничних атенюаторах не пов’язане з поглинанням енергії, а обумовлене відбиттям хвиль, необхідно включати для узгодження шайбові або циліндричні поглинаючі елементи, які покращують КСХН атенюатора. Такі елементи не дозволяють отримувати нижню межу згасання меншу за 20 дБ. Верхня межа згасання досягає 120–160 дБ. Похибка згасання, що вноситься, не перевищує дБ.

Поиск по сайту: