Расчет   возбуждающего   устройства

Рассмотри некоторые варианты переходов от коаксиальной
линии к волноводу. В большей части переходов используется
электрическая связь, хотя при некотором усложнении
конструкции может быть реализован также метод магнитной связи.

На рис. 6.3—6.5 изображено несколько примеров электрической связи возбуждающего устройства с волноводом. Критерием согласования возбуждающего устройства с волноводом служит режим бегущей волны в коаксиальном питающем фидере, т. е. равенство входного сопротивления возбуждающего устройства  волновому сопротивлению фидера . На рис. 6.3 изображено наиболее распространенное устройство зондового типа в виде несимметричного штыря, расположенного параллельно электрическим силовым линиям. Специально подбирая длину штыря l и расстояние от штыря до закорачивающей стенки , можно обеспечить требуемое согласование. Диэлектрическая шайба, фиксирующая положение штыря в волноводе, является деталью

Рис. 6.3. Простой зондовый переход.

коаксиального соединения. Диаметр наружного проводника около шайбы увеличивается для того, чтобы сохранить волновое сопротивление в области, заполненной диэлектриком, равным . Длина шайбы берется равной четверти волны в диэлектрике. На графике для примера приведена кривая изменения к. с. в. в полосе частот для устройства, согласованного на волне . По сравнению с другими типами возбуждающих устройств

 

Рис. 6.4. Переходы:

а — с опорной диэлектрической втулкой; б — с регулируемым отрезком короткозамкнутой коаксиальной линии; в — с поперечным стержнем; г — диапазонный зондовый переход.

рассматриваемый зондовый переход имеет несколько меньшую механическую и электрическую прочность и узкую частотную полосу.

Более жесткий и точный метод крепления зонда посредством диэлектрической втулки показан схематически на рис. 6.4, а.

Одним из первых способов перехода от коаксиальной линии к волноводу с достаточно жестким креплением зонда и двумя органами регулировки является устройство, приведенное на рис. 6.4, б. Центральный проводник коаксиальной линии проходит через волновод и нагружается на верхнем конце закороченным коаксиальным шлейфом. Изменением длины этого шлейфа и длины короткозамкнутой части волновода можно добиться полного согласования. Описываемое устройство узкополосное и его целесообразно применять при работе на фиксированной волне или как настраиваемое устройство.

На рис. 6.4, в показана схема зондового перехода с поперечным стержнем, обеспечивающим вполне надежное крепление вертикального

штыря; на рисунке показана диаграмма, улучшающая согласование.

Для работы в полосе частот может использоваться модифицированный зондовый переход. Известно, что для диапазонной работы должны использоваться толстые вибраторы. Увеличение диаметра возбуждающего

штыря уменьшает реактивную часть входного сопротивления и расширяет рабочую полосу частот, в которой обеспечивается согласование (рис. 6.4, г). Для уменьшения торцевой емкости между нижним торцом штыря и стенкой волновода толстый штырь должен иметь конический переход к среднему проводу коаксиала. Такое устройство обеспе­чивает полсу в несколько процентов. Дальнейшим развитием диапа­зонного зонда является коаксиальный переход «пуго­вичного» типа (рис. 6.5). Цен­тральный проводник коакси­альной линии оканчивается на противоположной стороне вол­новода утолщением соответст­вующего размера и изменением формы, благодаря чему обеспечивается согласование полных сопротивлений

Рис. 6.5. Переход «пуговичного» типа и его характеристика.

и увеличивается мощность пробоя. На рис. 6.5 приведен пример выполнения связи 10- см магнетрона 1 через коаксиальную линию 2 с волноводом. Внешние проводники соединены при помощи коаксиального дроссельного соединения 3. Центральные проводники соединены штекерной фишкой 4, сконструированной так, чтобы обеспечить пружинящий контакт. Вследствие сложной геометрической формы размеры перехода очень критичны и желаемые характеристики трудно воспроизвести. Характеристики перехода приведены там же на рис. 6.5.

Более эффективным способом расширения полосы

является включение в волновод реактивных согласующих элементов, например индуктивных диафрагм 5 (рис.6.5). Выбрав соответствующим образом место включения и величину реактивного согласующего элемента, можно добиться достаточно хорошего согласования в полосе частот 10—20%. Подробнее этот метод описан в [ЛО 15].

Приведем некоторые соображения по расчету зондового перехода (см. рис. 6.3).

Входное сопротивление штыря в волноводе, так же как несимметричного вибратора в свободном пространстве, является в общем случае комплексной величиной. Активная часть входного сопротивления зависит в основном от длины штыря, реактивная — от длины и толщины. В отличие от свободного пространства входное сопротивление штыря в волноводе зависит от структуры поля в волноводе вблизи штыря.

Расчет реактивной составляющей входного сопротивления дает неточные результаты, и проводить его не имеет смысла. Для обеспечения согласования реактивная составляющая входного сопротивления должна быть равна нулю. Активную составляющую входного сопротивления можно считать равной сопротивлению излучения штыря в волноводе . Она должна быть равна волновому сопротивлению фидера.

.

Сопротивление излучения штыря в прямоугольном волноводе в режиме бегущей волны определяется следующим соотношением:

       = ,                 (6.18)

где  рекомендуется брать равным /4.

При наличии отраженной волны в прямоугольном волноводе сопротивление штыря несколько изменяется:

 

 

      ,                 (6.19)

 

где  рекомендуется выбирать из условия равенства

 

 

реактивных частей проводимостей справа и слева от штыря, а именно:

 

   .      (6.20)

 

В приведенных формулах приняты следующие обозначения: a и b — размеры поперечного сечения волновода;   — положение штыря на широкой стенке волновода, чаще всего штырь располагается в середине широкой стенки, т. е. — расстояние от штыря до закорачивающей стенки волновода; — расстояние от штыря до ближайшего узла напряжения; к. б. в. — коэффициент бегущей волны в волноводе; — длина волны в волноводе; — волновое сопротивление волновода ;  — действующая высота штыря в волноводе, геометрическая высота которого l, определяется по формуле

 

  .          (6.21)

 

Задаваясь величинами  и , можно по формулам (6.18), (6.19) и (6.21) найти высоту штыря , при которой получается требуемое .

Для полного согласования в конструкциях должны предусматриваться два органа регулировки. Например, можно регулировать высоту штыря  и положение закорачивающей стенки в волноводе  (см. рис. 6.3) или размеры и S (см. рис. 6.4, б). В ряде случаев для упрощения конструкции ограничиваются одной регулировкой и допускают некоторое рассогласование в питающем коаксиале.