ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КРЕСТООБРАЗНЫХ НАПРАВЛЕННЫХ ОТВЕТВИТЕЛЕЙ В ВОЛНОВОДНЫХ СТРУКТУРАХ С СЕЧЕНИЕМ 72´10 В S-ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ Текст научной статьи по специальности «Физика»

3. Адаменко М.В. Секреты ламповых усилителей низкой частоты. - М.: НТ Пресс, 2007, - 384 с.

4. www.vostok.nsk.su/files/pdf/Svodtabl.pdf (дата обращения: 10.06.2016).

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КРЕСТООБРАЗНЫХ НАПРАВЛЕННЫХ ОТВЕТВИТЕЛЕЙ В ВОЛНОВОДНЫХ СТРУКТУРАХ С СЕЧЕНИЕМ 72x10 В S-ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ

© Боловин А.А.1, Матвеева М.В.2, 2 1 Малинова О.Е. , Гурьева П.В.

Московский институт электроники и математики Национальный исследовательский университет Высшая школа экономики, г. Москва

Проведен математический расчет и электродинамическое моделирование направленных ответвителей в волноводных системах Б-диапазо-на частот.

Ключевые слова крестообразный направленный ответвитель, переходное ослабление, СВЧ.

Направленный ответвитель (НО) - полностью согласованное четырех-плечное разветвление в волноводной системе, которое включает механизм связи и активные нагрузки. Многообразие направленных ответвителей определяется многообразием областей связи.

Направленные ответвители любого типа характеризуются следующими параметрами: направленность, переходное ослабление, диапазон частот или длин волн, КСВн плеч и максимально допустимой мощности в основном тракте.

Обобщенная схема НО, который в общем случае представляет собой полностью согласованное четырехплечное разветвление, представлена на рис. 1. _

3

4

Механизм связи

1

2

Рис. 1. Обобщенная схема направленного ответвителя

1 Бакалавр.

2 Студент.

Направленность ответвителя - отношение мощностей волн, распространяющихся в побочном тракте Р4 в противоположных направлениях при

бегущей волне в основном тракте Р3, и рассчитывается по формуле 1.

р

N = 101я-р4. (1)

рз

Переходное ослабление (ПО) - отношение мощностей, распространяющихся в основном Р1 и вспомогательном Р4 трактах при бегущей волне в основном тракте и выражается в децибелах. Расчет представлен в уравнении 2.

С = (2) Р4

Переходное ослабление зависит от размеров, числа, типа элементов связи, а также от частоты.

НО со взаимно перпендикулярными волноводами и крестообразными отверстиями связи имеют дополнительные особенности: плечи крестообразной щели связи должны быть обязательно равны друг другу. В противном случае амплитуды поля, проходящего через отдельные щели, не будут равны между собой. Следовательно, волны, возбуждаемые отдельными плечами, не будут взаимно компенсированы, и величина направленности резко упадет; направленность максимальна при расположении центра щели на диагонали квадрата, образованного при пересечении широких стенок двух перпендикулярных волноводов; крестообразные отверстия можно располагать под любым углом. Для увеличения максимальной длины крестообразных направленных ответвителей, а соответственно и получения максимального переходного ослабления, при конструировании и моделировании развернем их на 45° по отношению к оси основного (вспомогательного) волновода. Такие направленные ответвители называются ответви-телями Морено.

Удобство использования крестообразных НО в волноводных системах определяется такими параметрами как удобство внедрения в параллельную систему волноводов, большой динамический диапазон изменения переходных ослаблений, и направленность в 25дБ в достаточно широком диапазоне частот.

НО с крестообразными отверстиями связи позволяют получить переходное ослабление до 3 дБ. Для этого, на концах крестов отверстия изготавливаются в виде «гантель». Применение таких окончаний на отверстиях дает возможность получить значительно большее значение переходного ослабления при одних и тех же линейных размерах щели.

Критическая длина волны в отверстии связи для крестообразного направленного ответвителя выводится по формуле 3.

41 х w

А = -

(3)

где I - длина креста и V - ширина креста.

Учет ширины стенки волновода t в отверстии связи учитывается в коэффициентах, отображенных в выражениях 4, 5, где t - ширина стенки волновода. Увеличение t приводит к изменению величины переходного ослабления [1].

-яг I Ар

р _ е АР .

Р = е

(4)

(5)

Расчет ПО для данной системы волноводов и НО будет вычисляться по формуле 10, где: 1 - длина крестообразного ответвителя, w - ширина крестообразного ответвителя, Fh - коэффициент затухания с учетом стенки волновода, а - длина широкой стенки волновода, Ь - длина узкой стенки волновода, Хср - средняя длина волны, Хв - длина волны в волноводе, х -длина от центра крестообразного отверстия до стенки волновода[1].

С41 = 201св

2Екя2!3 . (2ях\ . ( _ а -2х | 81п - х 81п| 2ях-1 1 а ) [ А, )

24а26 х( 1п (4 )-^х 1 + (21 - 0.56w)2 х 2,3 . (2ях ^ Я 1 х 81П1 - 1 1 а ) -1

24а2А х( 1п(" )-1)_

(6)

При размерах волновода, равных а = 72 мм и Ь = 10 мм, получаются оптимальные переходные ослабления. Волноводы соединяются по широкой стенке так, что поверхность соединения является квадратом с размером стороны а = 72 мм. В этом квадрате должны расположиться два крестообразных ответвителя с одинаково равным отступом от краев и диагональной симметрией, как на рис. 2.

Расстояние от центра крестообразного отверстия связи до стенок волновода в квадрате соединения двух широких стенок волновода, было рассчитано по формуле х = а / 4. При таком построении направленные ответвители расположены на одинаковом расстоянии от центра и от ближних углов

квадрата соединения двух широких стенок волновода [3]. Результаты расчета приведены в таблице 1.

Рис. 2. Связь двух широких стенок волновода и размещение НО между ними

После расчетов по формуле 6 были получены переходные ослабления для различного использования в волноводных устройствах. Для проверки размеры данных НО были использованы в процессе проектирования волноводного делителя; электродинамическое моделирование в программном комплексе Ю^ показало небольшие расхождения в переходных ослаблениях полученных по формуле 6, и переходных ослаблениях полученных в результате электродинамического моделирования. Для получения переходного ослабления в 3 дБ пришлось использовать ранее упомянутые крестообразные НО с ганте-леовидными окончаниями отверстий связи (рис. 3). Используя размеры 1 = 34.1 мм, ^^ = 5 мм, и d = 44мм удалось получить характеристики переходного ослабления в 2.7834 дБ. В таблице 1 он показан под номером 10. Величина d - это радиус окружности на окончании данного креста.

Рис. 3. Гантелеобразный крестообразный направленный ответвитель

Таблица 1

Сравнение теоретических переходных ослаблений и переходных ослаблений, рассчитанных в среде HFSS по результатам коррекции геометрических размеров НО HFSS

п fMин.С41расч, ДБ ÍMакс.С41кор, дБ 1, мм ^ мм а, мм Ь, мм ^ мм

1 -12.467 -12.041 32.45 5 72 10 1

2 -12.1573 -11.7287 32.95 5 72 10 1

3 -11.6016 -11.1794 33.55 5 72 10 1

4 -11.0111 -10.5891 34.4 5 72 10 1

5 -10.717 -10.2947 34.9 5 72 10 1

6 -9.8656 -9.4509 36 5 72 10 1

7 -7.8683 -7.4587 39.2 5 72 10 1

8 -6.1293 -5.7199 42.23 5 72 10 1

9 -5.0294 -4.6042 44.5 5 72 10 1

10 -3.3436 -2.7834 34.1 5 72 10 1

Таким образом, ранее упомянутые плюсы крестообразных НО были проверены математически и прошли проверку электродинамическим моделированием в специализированном программном комплексе.

Список литературы:

1. Сосунов В.А., Шибаев А.А. Направленные ответвители сверхвысоких частот. - Саратов: Приволжское книжное издание, 1964.

2. Изюмова Т.И., Свиридов В.Т. Волноводы, коаксиальные и полоско-вые линии. - М.: Энерия, 1975.

3. Фельдштейн А.Л., Явич Л.Р., Смирнов В.П. Справочник по элементам волноводной техники. - М.: Советское радио, 1967.

СТРУКТУРА ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ЗДАНИЙ НА БАЗЕ МЕЖДУНАРОДНЫХ ПРОТОКОЛОВ

12 © Гончарова П.Г. , Гурьева П.В. ,

Гуравова А.В.1, Конов К.И.1

Национальный исследовательский университет Высшая школа экономики, г. Москва

В работе приведен краткий обзор структуры домашней автоматики. Описаны основные типы протоколов, используемых для проектирования автоматизированных систем.

Ключевые слова: протокол, Х10, КЫХ, ВАСпй, LonWorks, автоматизация зданий, «умный дом».

1 Студент.

2 Бакалавр.