Приближенно-аналитический расчет передаточных характеристик шлейфовых разветвлений со связью волноводов по широкой стенке через прямоугольные волноводы с одним и двумя Т-ребрами Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 621.372.8

А.А. Скворцов

ПРИБЛИЖЕННО-АНАЛИТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПЕРЕДАТОЧНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ШЛЕЙФОВЫХ РАЗВЕТВЛЕНИЙ СО СВЯЗЬЮ ВОЛНОВОДОВ ПО ШИРОКОЙ СТЕНКЕ ЧЕРЕЗ ПРЯМОУГОЛЬНЫЕ ВОЛНОВОДЫ С ОДНИМ И ДВУМЯ Т-РЕБРАМИ

Рассматриваются особенности приближенно-аналитического расчета передаточных характеристик шлейфовых разветвлений со связью волноводов по широкой стенке через прямоугольные волноводы с одним и двумя Т-ребрами. Приводится сравнение теоретической и экспериментальной характеристик переходного ослабления шлейфовых разветвлений на коллинеарных прямоугольных волноводах со связью через прямоугольные волноводы с двумя Т-ребрами.

AA. Skvortsov

APPROXIMATE ANALYTICAL CALCULATION OF TRANSMISSION CHARACTERISTICS OF STUB BIFURCATIONS OF WAVEGUIDES ON BROAD WALL OVER RECTANGULAR WAVEGUIDES WITH SINGLE AND DOUBLE T-RIDGES

Peculiarities of approximate analytical transmission characteristics of stub bifurcations of waveguides on broad wall over rectangular waveguides with single and double T-ridges are considered here. Theoretical and experimental characteristics of transition attenuation of stub bifurcations on collinear rectangular waveguides with coupling with double T-ridges are compared in this article.

В настоящее время в СВЧ-устройствах на связанных волноводах различного назначения все большее применение находят шлейфы (волноводы связи) сложных сечений, обладающие повышенными значениями критической длины основной волны и диапазона работы на доминантной волне. Применение в качестве шлейфов отрезков П-(ПВ) и Н-(НВ) волноводов в СВЧ-устройствах, основной и (или) вспомогательный каналы которых выполнены на волноводах сложных сечений, уже не дает ощутимого эффекта из-за того, что дальнейшее увеличение критической длины основной волны рассматриваемых волноводов влечет за собой не только рост технологических трудностей изготовления, но и существенное уменьшение электрической прочности. Одним из путей уменьшения перепада характеристики переходного ослабления шлейфовых разветвлений в диапазоне длин волн является использование в качестве элементов связи прямоугольных волноводов с одним (ПВТР) или двумя (ПВДТР) Т-ребрами (рис. 1), которые по сравнению с ПВ и НВ имеют не только большую критическую длину основной волны, но и больший диапазон работы на доминантной волне [1-3].

Если ПВТР или ПВДТР связывает широкие стенки основного и вспомогательного волноводов СВЧ-устройства, то минимальный коэффициент передачи такого шлейфового разветвления определяется выражением [2, 3]

и& _ _______________________________

1 *г г4к (ф Г

где

(с°8 (ХсД^п У1 )2 +

с11

-БШ

(Хе'А )с°8 У'

л2

У

Г а

(С°в (Ха12к2 Г1П У 2 )2 + )с°в У2

ЧА с12 J

'2

т _ * + (хЯьЛ ) +

X

Й10

а0 - *0 -

(Хм0 (а0 -10 ))

X

Я10

х[ - [0 + (А, - < ХУ2 - с°в (Хм0 *0/2))]2 + <А зш2 (хШ0 (а0 - *0 )2)

+ь.

*0 - [

00

в1п (Хя10 (а0 - *0 Г

X

Я10

с°в2 (ХяЬ^/ 2)

в1п2(Хя10 ( - [0 )2)

12

(1)

(2)

Рис. 1. Поперечные сечения шлейфов на ПВТР (а) и ПВДТР (б)

4к* «1; Ф1 и Ф2 - параметры, зависящие от формы поперечного сечения основного и вспомогательного волноводов; ёш - зазор между выступами волновода связи; к\, к2 -смещение центра волновода связи относительно средней линии соответственно первичного и вторичного волноводов; у1, у2 - углы поворота волновода связи относительно средних линий тех же волноводов; Ав1, Ав2 и Авш - длины основной волны в основном, вспомогательном волноводах и шлейфе; хс11 _ 2тс/Ас11 , хс12 _ 2п/А

с12

и

Хс10 _ 2п/Ас10 - поперечное волновое число основной волны в основном,

вспомогательном волноводах и шлейфе; Ас11, Ас12 и Ас10 - критическая длина основной

волны в основном, вспомогательном волноводах и шлейфе; 201 _ 80в1 ,

202 _ д/ц0 д2/в082 и 200 _ д/ц0 д0 /во80 - волновые сопротивления материалов,

заполняющих основной, вспомогательный волноводы и шлейф; 80 и д0 - электрическая и магнитная постоянные; 81, 82, 8ш, д1, д2, дш - относительные диэлектрические и

х

X

магнитные проницаемости материалов, заполняющих основной, вспомогательный волноводы и шлейф.

Для инженерных расчетов как качественные, так и достаточно точные количественные оценки критической длины основной волны ПВТР и ПВДТР могут быть получены методом эквивалентных схем из соотношения [3]

12

где с - скорость света; Ь и С - индуктивность и емкость эквивалентного колебательного контура.

Индуктивность контура определяется выражением

Ь,

в котором

Емкость контура в этом случае можно найти из соотношения

С = С, + 2 (С2 + С3 + С4),

где С, и С3 - электростатические емкости; С2 и С4 - краевые емкости.

Электростатические емкости С, и С3 вычисляются как емкости плоских конденсаторов по формулам

в0 в0 I

(4)

(5)

(6)

___ °0 0 0

= 2є0 80 [0 Х [1 аёу ЇАОВ;

Сз Л\1/2 аёу ЇААОВ.

Краевые емкости С2 и С4 определяются выражениями

С = £о£0

2

п

С = £о £0

4

1 + «2 Л и

-------- АгеЬ

І «і

п

1 + «2 Л и

-------АгеЬ

«2

Г1+«2 > - 21п ' 4«1 'И Х{1/2 аёу ЇАОВ;

V 1 -«2 ) V1 -«2)] аёу ЇААОВ;

Г1+«2Л і-«2, |-21п Г 4«2 Ї V1 -«2)_ Х"[1/2 уу ёё аа ЇЇ АА АО ; ,

(7)

(8)

(9)

(10)

где «і = < Я и «2 = (а0 -К )(а0 - [0 ) .

Теоретическую характеристику переходного ослабления шлейфового разветвления можно рассчитать с учетом соотношений (1)-(10) по формуле [2, 3]

где

Iк і= {[1 -(1 -^)рг -р?йё С0 -15 аА;

1 0п| І п\к\ їбе С0 > 15 аА

(11)

(12)

- модуль коэффициента передачи по напряжению шлейфового разветвления, содержащего п волноводов связи; рг = \К0 |2 и рс - коэффициенты передачи и отражения по мощности волновода связи; Ыс - коэффициент собственной направленности по мощности шлейфа; Ф = аг^[(р(#я/(1 -рг -рг-))1/2]; Р0 = 2я/А,* ; 10 - длина шлейфа.

Экспериментальная и теоретическая характеристики переходного ослабления шлейфового разветвления на коллинеарных прямоугольных волноводах (ПрВ) со связью через ПВДТР (рис. 2) представлены на рис. 3. Как следует из рис. 3, расхождение между теоретической и экспериментальной характеристиками переходного ослабления шлейфового разветвления в области максимума составляет около 0,1 дБ.

Il 12 1З І4 І5 І6 17 18 19 110

7,64 2,32 4,9 2,92 2,82 3,86 2,78 3,88 3,82 3,62

Рис. 2. Область связи со шлейфами на ПВДТР

8,2 8,6 9 9,4 9,8 10,2 10,6 11 11,4 11,8 12 2, ГГц

Рис. 3. Частотная характеристика переходного ослабления шлейфового разветвления на коллинеарных ПрВ сечением 10x23 мм2 со связью через двадцать ПВДТР

Таким образом, рассмотренные выше соотношения могут быть использованы для приближенно-аналитического расчета передаточных характеристик шлейфовых

разветвлений с элементами связи на основе ПВТР и ПВДТР.

ЛИТЕРАТУРА

1. Волноводы сложных сечений / Г.Ф. Заргано, В.П. Ляпин, В.С. Михалевский и др. М.: Радио и связь, 1986. 124 с.

2. Сосунов В. А. Шлейфовые волноводные разветвления и устройства на их основе /

В. А. Сосунов. Саратов: СГТУ, 1995. 104 с.

3. Скворцов А. А. СВЧ-устройства на связанных волноводах для термообработки диэлектрических материалов: дис. ... канд. техн. наук / А.А. Скворцов. Саратов, 2003. 167 с.

Скворцов Алексей Анатольевич -

кандидат технических наук, доцент кафедры «Радиотехника»

Саратовского государственного технического университета

Статья поступила в редакцию 02.11.06, принята к опубликованию 05.12.06