На рис. 13 схематически показану возбуждающие устройства применяемые для возбуждения некоторых типов воли в волноводах прямоугольного и круглого сечений.

Для возбуждения волиы Яю в волноводе прямоугольного сечеиия .можно использовать штырь, помещенный перпендикулярно ши, рокой стенке в ее середине, или петлю, которая втр.та через узкую стенку, причем плоскость петли должна быть параллельна плоскости поперечного сечения волновода (рис. 13,а). Можио также применить и щелевую антенну. Например, удобно прорезать щель

Рис. 13. Способы возбуждения некоторых типов волн в волноводах прямоугольного и круглого сечений.

а - возбуждение волны Нц, в волноводе прямоугольного сечения; б --то же волны Нпо; е - то же волны Ец в прямоугольном и волны Ем Б круглом волноводах; г - то же волны Hoi в волноводе круглого сече1шя.

в узкой стенке параллельно оси волновода или в торцевой стенке параллельно ширящим стенкам. Для возбуждения волны Нго нужно применить два штыря со сдвигом фаз токов в них на 180° (рис. 13,6). Такой сдвиг фаз получается при включении в цепь одного из штырей коаксиальной линии длиной в' половину длины волны в этой линии. Чтобы возбудить волну Ей, штыревую антенну помещают Б центре торцевой стенки вдоль оси волновода. То же можно сказать и о волне типа Eoj в круглом волноводе (рис. 13,в). А волну Но1 в круглолч волноводе удобнее всего возбуждать с помощью продольных щелей или петли, расположенной в плоскости поперечного сечения (рис. 13,г).

Следует заметить, что одновременно с ожидаемыми типами волн могут возбуждаться также волны более высоких порядков, структура полей которых совпадает в месте расположения возбуждающего устройства со структурой поля данного типа волны. Так, при возбуждении волны Ню в пря.моугольном волноводе одновременно будут возбуждаться и волны Нзо, Ноо, Ец, Ез1, Нц и т. п. Но при правильном выборе размеров волновода поля этих волн будут быстро у.меньшаться по мере удаления от места возбуждения, так как волновод для них является запредельным. В волноводах прямоугольного сечения с рабочей волной Ню высшими типами волн практически можно пренебречь при расстояниях от возбуждающего устройства или от места расположения иеоднородностей порядк.э Лв/4.

Для практической работы не менее .важно знать, где в волноводе можно помещать устройства связи, не влияющие на распространение электромагнитных волн. Например, если в середине широ-28

стейкй прямоугольного волновода, работающего на волне Ню, оюезать узкую лродольную щель, то распределение поля при этом е нарушится. В эту щель можно ввести короткий зонд (небольшую pggyjo антенну) и соединять его с кристаллическим детектором. Подавая .сигнал с детектора иа осциллограф (при наличии модули-оваииого сигнала) или на измерительный прибор постоянного тока ?мшфоамперметр или гальванометр), можно измерить напряженность электрического поля в волноводе. Перемещая зонд вдоль ще-можио снять распределение электрического поля вдоль оси волновода. Такое устройство, называемое волиоводной измерительной линией! находит широкое применение в измерительной технике СВЧ, несмотря на разработку и все более широкое распространение автоматических и полуавтоматических устройств для .измерения характеристик волновых процессов. С помощью измерительной линии можно измерить длину волны в волноводе, обнаружить наличие и степень отражения высокочастотной энергии от иа!грузкя или от неоднород-ностей в волноводе и произвести много других важных измерений. Продольные щели можно прорезать и во всех волноводах круглого сечения, в которых распространяются электрические волиы, а кольцевые-в тех, где использованы магнитные волны. И в том и в другом случаях направление щели должно совпадать с иаправ-леняем токов в стенках волновода.

Выход

НЕК01Т0РЫ.Е ПРИМЕРЫ .ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОЛНОВОДОВ

Запредельный волновод. Кроме волноводов, используемых в качестве линий передачи, большое практическое применение находят волноводы, работающие в режиме отсечки. Такие волноводы обладают рядом ценных свойств. Когда рабочая длина волны становится больше критической для основного вида волиы (Ню в прямоугольном волноводе и Нц - в круглом), наступает режим полной отсечки. При этом ни один тип волны распространяться не может.

Если рабочая длина волны гораздо больше критической (в два-три раза), то постоянная затухания Р=2я/Хкр зависит только от

и ие зависит от частоты. Таким образо-м, выбрав достаточно малые размеры волновода, чтобы соблюдалось условие Х>Хкр, можно получить ослабитель, работающий в широкой полосе частот с постоянным ослаблением. Схематически такой ослабитель изображен на рис. 14. Это ослабитель запредельного или предельного типов.

Меняя расстояние между возбуждающим и приемным устройствами I, можно регулировать ослабление сигнала L в децибелах:

Рис. 14. Схема устройства запредельного ослабителя.

/ - коаксиальная линия; 2 - запредельный Болиовод круглого сечения.

.L=8,68P/.

Такой ослабитель можно заранее рассчитать й отградуи1)овагь Для градуировки необходимо знать только критическую длину волны данного типа.

Если взять волновод круглого сечения, в котором возбуждается волна Ео1, то ослабление на единицу длины Le будет равно 20,8Щ дБ. Пусть радиус волновода равен 1 см, тогда е = 20,8 дБ/см На расстоянии 1 см мощность оипмла убывает примерно в 100 раз. Таким образом, при сравнительно малых размерах волновода можно получить ослабление сигнала в сотни и тысячи раз.

Если на границах запредельного участка волновода коаксиальные линии заканчиваются не штырями или дисками (как показанз на рис. 14), а виутреииие проводники коаксиальных линий на границах с запредельным волноводом замкнуты иа наружные, то в запредельном волноводе будет возбуждаться волна Нц. Если R измеряется в сантиметрах, то ослабление иа один сантиметр длины запредельного волновода в этом случае будет равна Ln = 16,0/J? дБ/см.

Как видно из формулы для L, ослабление для запредельного аттенюатора линейно зависит от длины I. Это важное достоинство запредельного ослабителя. Однако эта зависимость справедлива, когда расстояние / практически больше одного - полутора сантиметров, т. е. начиная со зиачевий L, равных 15-20 дБ. Этот начальный участок обычно иа практике не используется. Таким образом, одии,м из существенных недостатков запредельного аттенюатора является большое значение начального ослабления. Другим недостатком является то, что ослабление сигнала происходит за счет отражения его от входа аттенюатора, так как в последнем нет каких-либо поглощающих элементов. Учитывая значение начального ослабления в 15-20 дБ, можно сказать, что обычно от аттенюатора отражается и возвращается к генератору более 95-99.% его мощности. Эта отраженная мощность может серьезно изменить работу генератора, если ие принять специальных мер. Устранить влияние отраженной волиы иа генератор наиболее просто путем установки между ним и запредельным ослабителем дополнптельного хорошо согласованного поглощающего аттенюатора с фиксированной величиной ослабления 10-15 дБ. Подобные так иазывае.мые развязывающие аттенюаторы практически всегда ставят в измерительный тракт между генератором и остальной частью тракта.

Запредельный ослабитель - это ие единственное применение запредельного волновода. Волновод в режиме отсечки часто применяется в электронных лампах СВЧ диапазона в качестве неизлучаю-щей трубки, через которую производится откачка лампы или .поддерживается нужное давление газа. Кроме того, металлические кожухи для ламп, в частности для усилительных ламп бегущей волиы, должны являться запредельным волноводом. В противном случае лампа бегущей волны вместо усиления нужного сигнала начнет самопроизвольно возбуждаться из-за наличия паразитной обратной связи по кожуху.

Объемные резонаторы. На СВЧ невозможно создать колебательные системы с сосредоточенными постоянными, которые имели бы нужные резонансные свойства и малые потери. Поэтому здесь применяются особые колебательные системы, которые называются объемными или полыми резонаторами.

В качестве объемных резонаторов могут быть использовань!, например, отрезки волноводов прямоугольного или круглого сечений