Диафрагмы в прямоугольном волноводе

8.5.2 Диафрагмы в прямоугольном волноводе

Диафрагмами называют тонкие металлические перегородки, частично перекрывающие поперечное сечение волновода. В прямоугольном волноводе наиболее употребительны симметричная индуктивная, симметричная емкостная и резонансная диафрагмы, показанные на рисунке 8.10.

а)

б)

В)

Рисунке 8.10 – Диафрагмы в прямоугольном волноводе

В индуктивной диафрагме (рис. 8.5.2, а) поперечные токи на широких стенках волновода частично замыкаются через пластины, соединяющие эти стенки. В магнитном поле токов, текущих по пластинкам диафрагмы, запасается магнитная энергия. Схема замещения индуктивной диафрагмы представляет собой индуктивность, включенную параллельно в линию передачи. Нормированную реактивную проводимость индуктивной диафрагмы bL определяют по приближенной формуле:

bL≈- (λв/а)ctg2(πdL/2а), (8.18)

где λв – длина волны в волноводе;

а – размер широкой стенки волновода;

dL – ширина зазора диафрагмы.

Емкостная диафрагма (рисунок 8.10, б) уменьшает зазор между широкими стенками волновода, между кромками диафрагмы концентрируется поле Е и создается некоторый запас электрической энергия. Поэтому схемой замещения емкостной диафрагмы является емкость, включенная параллельно в линию передачи. Нормированная реактивная проводимость емкостной диафрагмы bс определяется по приближенной формуле:

bС≈- (4b/λв)ln cosec(πdC/2b), (8.19)

где b – размер широкой стенки волновода;

dC – ширина зазора диафрагмы.

Емкостная диафрагма сильно снижает электрическую прочность волновода.

Резонансная диафрагма (резонансное окно) - металлическая пластинка с отверстием прямоугольной или овальной формы (рисунок 8.10, в), содержащая в себе элементы индуктивной и емкостной диафрагм. Размеры отверстия резонансной диафрагмы могут быть выбраны так, чтобы на заданной резонансной частоте диафрагма не оказывала влияния на распространение волны Н10 в волноводе, т. е. имела нулевую проводимость. Схема замещения резонансной диафрагмы имеет вид параллельного резонансного контура, включенного в линию передачи параллельно. Приближенно резонансную частоту резонансной диафрагмы определяют из условия равенства волновых сопротивлений линии передачи, эквивалентной волноводу, и отверстия диафрагмы на основании формулы (8.20):

, (8.20)

. (8.21)

Можно убедиться, что выбранной резонансной длине волны λ0 в формуле (8.5.2.4) соответствует множество диафрагм с отверстиями различных размеров, начиная с узкой щели длиной λ0/2 и кончая полным поперечным сечением волновода. Эти резонансные диафрагмы обладают разной внешней добротностью, т. е. добротностью эквивалентного колебательного LC-контура  с учетом влияния согласованной с двух концов линии передачи, в которую включен этот контур.

8.6 Расчет рупорного облучателя

Для получения более острой диаграммы направленности и большего усиления сечение стандартного волновода можно плавно увеличивать, превращая волновод в рупор. Рупор обеспечивает согласование волновода с открытым пространством и коэффициент отражения волны обратно в волновод стремиться к нулю. Для волноводов с круглым сечением применяются конические рупоры (рисунок 8.11, г). Для волноводов с прямоугольным сечением, в зависимости от того в какой плоскости происходит расширение применяются секториальные (рисунок 8.11, а, б) и пирамидальные (рисунок 8.11, в).

Пирамидальные рупоры имеют расширение в обеих плоскостях. В дальнейшем, пойдет речь именно на пирамидальных, так как они позволяют сужать диаграмму направленности в обеих плоскостях и, по сравнению с секторальными, равной длинны, имеют большую площадь раскрыва следствии чего их коэффициент усиления больше. Конический рупор имеет свои особенности, достаточно незначительного изменения профиля конического рупора, чтобы в нём изменилась структура поля и поляризация волны по эффективности он близок к пирамидальному. Достоинством рупорных антенн является большая широкополосность, КПД близкий к 100 % очень слабые боковые лепестки и практическое отсутствие заднего лепестка в диаграмме направленности.

Рисунок. 8.11 – Рупорные облучатели:

а, б – секториальные; в – пирамидальный; г – конический

Чем уже диаграмма направленности и больше коэффициент усиления рупорной антенны, тем больше её апертура, то есть. раскрыв рупора. Для конического рупора это его диаметр D, а для пирамидального размер а и b. Но если увеличивать раскрыв рупора при неизменной его длине R, то вскоре возникнут большие фазовые искажения и коэффициент усиления начнёт падать, а диаграмма направленности раздваиваться. Поэтому, увеличивая раскрыв рупора мы должны увеличивать его длину, чтобы фазовые искажения оставались незначительными. Допустим, при определённом раскрыве рупора мы достигли определённого минимума фазовых искажений и продолжаем увеличивать его длину. В этом случае коэффициент усиления будет всё ещё расти за счёт дальнейшего уменьшения фазовых искажений, но уже намного медленней, нежели как при увеличении величины раскрыва и теоретически не может превысить 20% от нынешнего. На лицо противоречие, с одной стороны увлечение раскрыва ведёт к увеличению усиления и сужению диаграммы направленности, с другой к росту фазовых искажений сводящих всё на нет, но которые компенсируются увеличением длинны рупора. Следовательно, есть некоторое оптимальное соотношение этих параметров.

Оптимальным называется рупор, размеры раскрыва a и b которого подобраны таким образом, чтобы при заданной длине рупора R получить максимальный КНД. Максимальные значения DE и DH на графиках (рисунок 8.12, а, б) соответствуют оптимальным параметрам секторальных рупорных антенн. Анализ показывает, что в Е - секторальном рупоре максимум КНД достигается при:

 (8.22)

где – оптимальная длина и ширина раскрыва рупора.

В H - секторальном

 (8.23)

где bp – ширина раскрыва рупора.

На таблице вершины этих линий соответствуют оптимальным рупорам при их заданной длине R от шести длин волн до 100. Горизонтальная шкала проградуирована размерами раскрыва в длинах волн ap/ λ т.е. Раскрыв в 2 длинны волны в 2.5 в 3 и так далее. Вертикальная шкала показывает теоретическое усиление антенны в Дб, без учёта раскрыва рупора в плоскости E на величину bp, но чтобы учесть влияние от раскрыва рупора в плоскости Е и получить практическое реальное усиление, надо умножить значение на вертикальной оси на значение bp/ λ . Например по горизонтальной оси выбирается антенна с раскрывом в 5λ, это соответствует 40 Дб по вертикальной шкале. Если принять, что bp=9см, а длинна волны λ =12 см 3мм, то bp/ λ =0.73 тогда d=40х0.73=29.2 Дб усиление реальной антенны. Положение с расчетами Е-сектороиального рупора, аналогично.

а б

Рисунок 8.12 – Зависимость коэффициента направленного действия Е – секториального рупора (а) и Н – секториального рупора (б) от относительной ширины раскрыва при различной длине волны рупора

Пирамидальный рупор будет оптимальным, если оптимальны соответствующие ему Е- и Н-секторальные рупоры. Формулы (8.22) и (8.23) применимы к пирамидальному рупору с размерами раскрыва a в Н-плоскости и b в Е-плоскости. При определения оптимальной длины пирамидального рупора следует выбрать большую из величин и, найденных из формул (8.22) и (8.23).

Похожие работы

Социальная политика и сферный подход к решению вопросов в муниципальном образовании

Скачать

124483

16

13

... к деятельности какого ведомства они относятся. Для Питкярантского района характерен именно сферный тип социальной политики с элементами демографического типа. 1.2. Современный подход к решению вопросов социальной политики в городе и районе. Местное самоуправление в системе государственных и муниципальных органов призвано обеспечивать комплексное решение вопросов обслуживания населения, ...

Истинные короли Кремниевой долины

Скачать

21110

0

0

... в изобилии венчурные инвесткомпании сконцентрировали свои усилия на самых многообещающих отраслях. К ним относились электроника, медицина и технологии обработки данных. Благодаря этому интересу начался рассвет Кремниевой долины, а термин «венчурное финансирование» стал прочно ассоциироваться с понятием «высокие технологии». Закон Рока Если закон Мура знаком почти каждому, то о его прямом следствии ...

Проектирование системы электроснабжения механического цеха

Скачать

125619

17

5

... или двигателя. ·  Местное управление – это управление приводом выключателя, разъединителя и другой аппаратуры непосредственно на месте. ·  Автоматическое управление – его используют в системе электроснабжения предприятий с большой потребляемой мощностью. Автоматическое управление осуществляется с помощью вычислительных машин управления ВМУ. Информация, поступающая в ВМУ, обрабатывается и ...

Проектирование тяговой подстанции переменного тока

Скачать

56822

12

9

... с запозданием реагирует на падение напряжения и привносит с собой противоречивые требования по техническому содержанию. Компенсаторы дисбаланса Еще во времена проектирования первых тяговых подстанций на 25 кВ, 50 Гц переменного тока возникла проблема их подключения к национальной энергетической сети. Действительно, тяговые подстанции соединяются с сетью поставщика энергии (государственной ...