Мостовые устройства

Мостовым устройством называется НО, распределяющий мощность поровну между двумя выходами. Как и ответвители с произвольным коэффициентом деления, мосты являются реактивными балансными восьмиполюсниками с хотя бы одной плоскостью симметрии. Таким образом, если предположить, что развязаны плечи 1 —2 и 3—4 (рис. 1.1), идеальный мост обладает матрицей рассеяния следующего вида:

С учетом условия реактивности и равенства модулей коэффициентов передачи:

Фазы коэффициентов передачи определяются видом симметрии многополюсника и выбором плоскостей отсчета.

Параметрами реальных мостов являются: коэффициент отражения каждого входа Г, = , определяющий согласование, развязка плеч С2,

(или Со) и баланс Я12 (или NM) в децибелах:

Двойной Т-образный мост. Двойной Т-образный мост (рис. 1.6, а) представляет собой комбинацию Е- и Я-плоскостных волноводных тройников. Устройство имеет одну плоскость симметрии, проходящую через оси Е и Я разветвлений.

Волна из плеча Я (вход 1) поступает в боковые плечи 3 и 4 синфазно (рис. 1.6, б), а из плеча Е (вход 2) — противофазно (рис. 1.6, в). Плечи 1 и 2 развязаны, так как поля этих волноводов ортогональны по по-

ляризации. По основному типу колебаний Я-тройник эквивалентен параллельному разветвлению линий передачи, а ?-тройник — последовательному. Если все линии имеют одинаковое волновое сопротивление р, то тройники не согласованы, так как для плеча Я нагрузка составляет р / 2, а для плеча Е — 2р. Обычно согласование плеча Е производится с помощью индуктивной диафрагмы или штыря, а плеча Я — с помощью емкостного штыря. Эти две настройки являются независимыми, так как плечи взаимно развязаны.

Двойной Т-образный мост

Рис. 1.6. Двойной Т-образный мост:

а) внешний вид моста; б) распределение поля и эквивалентная схема //-тройника; в) распределение поля и эквивалентная схема /Г-тройника

Из симметрии, взаимности и реактивности устройства следует, что при согласовании и развязке плеч 1—2 будут одновременно согласованы и развязаны плечи 3—4. Это легко показать, используя условие унитарности матрицы рассеяния (1.8). Так, вычисляя третий диагональный элемент произведения > получим:

Нопоскольку 53|| = |321 = l/V2, тодолжнобыть 1^331 +|^34| -О и, соответственно, 1*^331 |^341 = 0. Таким образом, при определенном выборе плоскостей отсчета матрица рассеяния согласованного двойного Т-образного моста с приведенной нумерацией входов имеет вид:

Щелевой волноводный мост. Щелевой волноводный мост образован двумя прямоугольными волноводами с широкой щелью в общей узкой стенке (рис. 1.7). Этот мост представляет собой рассмотренный ранее направленный ответвитель с двумя плоскостями симметрии, и его матрица рассеяния определяется в соответствии с (1.10) при 8 = ,/1/2 :

Например, при возбуждении плеча 1 волны на входах 3 и 4 равны по амплитуде, а по фазе сдвинуты на 90°.

Схема и внешний вид щелевого моста

Рис. 1.7. Схема и внешний вид щелевого моста

Для нормальной работы моста необходимо, чтобы на общем участке длиной / могли распространяться две волны — синфазная #|0 и противофазная #20, а волна #30 должна быть запредельной. Тогда размер h (рис. 1.7) должен удовлетворять условию:

где Х0 — рабочая длина волны в свободном пространстве.

Волны #10 и Н20 имеют различные фазовые скорости, и длина щели / выбирается таким образом, чтобы разность набегов фаз этих волн составляла на ней л/2:

Отсюда

Из (1.28) при заданных размерах моста можно определить рабочую длину волны:

Рассмотрим работу щелевого моста методом синфазно-противофазного возбуждения с использованием векторной диаграммы. Пусть входы 1 и 2 возбуждены синфазно, тогда на участке связи / возбуждается волна #|0 Волны на входах 3 и 4 также синфазны (векторы и (>4++ параллельны, рис. 1.8). При противофазном возбуждении входов 1 и 2 на участке связи распространяется противофазная волна Я20. Входы 3 и 4 возбуждаются противофазно, но со сдвигом по фазе на ±90° относительно синфазных волн (векторы b;- и />4+'). Сумма двух (синфазного и противофазного) режимов эквивалентна возбуждению только одного входа — 1. Это дает на входах 3 и 4 волны, равные по амплитуде и сдвинутые по фазе друг относительно друга на 90°. Вход 2 не возбуждается (сумма синфазной и противофазной волн в нем равна нулю), то есть он развязан от первого входа.

Полное согласование, баланс плеч и развязка были бы возможны, если бы устройство было идеально согласовано для синфазного и противофазного режимов. Но это не имеет места, так как при синфазном режиме структура поля волны #10 в плечах 1 и 2 заметно отличается от структуры этой же волны в участке связи, что вызывает отраженные волны.

Схема работы щелевого моста

Рис. 1.8. Схема работы щелевого моста

Для согласования используется настроечный винт, установленный в центре участка связи, т. е. максимуме поля волны #ш Этот элемент не влияет на противофазную волну, поле которой в плоскости винта равно нулю. Хотя структура волн для противофазного режима в плечах 1 и 2 соответствует волне Н20 на участке связи, но отражения возникают от уступов на концах участка (для их уменьшения края скашиваются). Согласования противофазных волн можно достичь, меняя размер И, но это отражается и на синфазном режиме. В практических конструкциях согласование не достигается ни для синфазного, ни для противофазного режима. Вследствие этого возможны различные варианты настройки: наилучшее согласование, наилучшая развязка, наилучший баланс выходов.

В волноводных фидерах и трактах СВЧ используются несколько разновидностей рассмотренных мостовых устройств. Они отличаются пространственной ориентацией выходов, используемыми согласующими элементами, частотными свойствами, пропускаемой мощностью.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >