- минимальный коэффициент бегущей волны аттенюатора в диапазоне частот около 10% - не нне 0,85 при любом положении индуктивных стержней;

- минимальное затухание - е более 0,2 дБ;

- максимальное затухание - не менее 20 дБ.

Коаксиальные аттенюаторы

Коаксиальные аттенюаторы используются в основном в дециметровом диапазоне волн. Затухание в них создается путем введения в линию поглощающих материалов. Для получения максимального ослабления до 20ч-40 дБ при высоком согласовании длина участка линии с поглотителем должна быть равна двум-трем длинам волн. Для уменьшения линейных габаритов аттенюаторов внутренний проводник выполняется в виде объемной или плоской спирали.

В аттенюаторе с объемной спиралью низкоомная или высоко-омная спираль поддерживается с помощью диэлектрической втулки в цилиндрическом экране. Изменение затухания осуществляется введением в спиральную линию диэлектрического стержня с поглощающим покрытием на его поверхности. Так как электромагнитное поле сосредоточено в пространстве между спиралью и экраном, то поглощающий стержень вводится как можно ближе к виткам спирали, где поле имеет еще значительную величину. При использовании ъ аттенюаторе высокоомной спирали допускаются большие зазоры между поглотителем и спиралью, так как поле здесь сильнее, чем в случае низкоомной спирали.

Аттенюаторы в& спиральной линией обеспечивают малое начальное затухание при максимальном затухании до 20--40 дБ. Они имеют линейную градуировочную характеристику и достаточно высокое согласование (коэффициент бегущей волны равен 0,8 при двойном-тройном перекрытии по частоте). Недостатком аттенюаторов является критичность к радиальным люфтам поглощающего стержня.

Аттенюатор с плоской спиралью изображен схематически на рис. 5.3. Он представляет собой аттенюатор поглощающего типа выполненный на несимметричной полосковой линии. Несимметричная полосковая линия состоит из внутреннего проводника /, экрана 4, и твердого диэлектрика 3. Несимметричная поло(сковая линия удобнее для введения поглотителя в электромагнитное поле полосковой линии.

Принцип действия аттенюатора заключается в следующем: в электромагнитное поле полосковой линии над внутренним проводником вводится поглотитель, который создает требуемое затухание. Поглотитель накладывается сверху На полосковую линию. Максимальное затухание получается, когда поглотитель соприкасается с внутренним проводником линии, минимальное - когда поглотитель выведен из области действия электромагнитного поля

полосковой линии. Начальное затухание аттенюатора определяется потерями в линии. Величина затухания, вносимого аттенюатором, зависит от длины полосковой линии.

Для сокращения длины аттенюатора внутренний проводник полосковой линии выполнен в виде плоской спирали. При свертывании линии в спираль расстояние между витками определяется

. Рис. 5.3. Схема коаксиального аттенк>атх>ра из плоской спирали:

/ - внутренний проводник; 2 - поглотитель; 3 - диэлектрик; 4 - экран полосковой линии (пластина)

из условия отсутствия взаимодействия электромагнитных полей рядом расположенных витков. Как известно, ширина экрана полосковой линии выбирается таким образом, чтобы напряженность поля на краях линии уменьшалась на 30 дБ, т. е. практически отсутствовала. Это справедливо, если ширина экрана превышает ширину внутреннего проводника линии не менее, чем в 3 раза. Исходя из этого расстояние между витками спирали выбирается в три раза большим, чем ширина внутреннего проводника полосковой линии.

В качестве поглотителя может использоваться, например, стеклотекстолит с поглощающим слоем и др.

Расчет аттенюатора состоит в определении: волнового сопротивления несимметричной полосковой линии и, следовательно, размеров линии; собственных потерь полосковой линии (или начального затухания аттенюатора).

Волновое сопротивление несимметричной полосковой линии определяется по формуле [39]

р = М.- , I--. Ом,

1 + In

е - относительная диэлектрическая проницаемость среды, заполняющей линию; b

-- расстояние между проводниками линии; W - ширина центрального проводника; t - толщина центрального проводника.

Потери в диэлектрике, выраженные в децибелах на метр, определяются по формуле [39]

arf = (27,3/AK,)l/rtg6,

Ко - длина волны, м;

е - относительная диэлектрическая проницаемость среды, заполняющей линию;

tg б - тангенс диэлектрических потерь.

Потери в проводниках на метр определяются по следующей формуле (39]:

= 2,9

N , ПИ , /, nw\]

где к -удельное сопротивление материала проводников, Ом-м;

- расстояние между проводниками несимметричной линии; оу - ширина центрального проводника; t - толщина центрального проводника.

Расчет потерь4[осит ориентировочный характер: расчетное значение потерь по сравнению с экспериментальным меньше приблизительно в два раза.

Конструкция аттенюатора показана иа рис. 5.4. Аттенюатор состоит из корпуса i в виде уголка, к одной стороне которого при-

5 6 7 8 9 Ю П 12 13 11

клеена полосковая спиральная линия 2. iHa входе и выходе полосковой линии приклепаны контакты 6, припаянные к вч муфтам, которые укреплены на крышках 3. На другой стороне корпуса расположена ось 8, проходящая через опоры 7.

Диэлектрическая пластина 10 из материала АГ-4 может вращаться на оси 8. Пружина 9 прижимает пластину 10 с поглотителем и к регулировочному винту 14. iBhht контрится гайкой 13. При вращении винта 14, скользящего по упору 12, поглотитель приближается к полосковой линии и тем самым увеличивается затухание.

Основные размеры аттенюатора, рассчитанного по приведенным формулам на максимальное затухание 10 дБ в диапазоне частот 500 МГц, даны на рис. 5.3, волновое сопротивление линии равно 75 Ом; коэффициент бегущей волны аттенюатора составляет не менее 0,85 в диапазоне частот ±10%; максимальная величина затухания аттенюатора составляет не менее Ю дБ;, начальное затухание аттенюатора - около 0,5 дБ.

5.2. НАПРАВЛЕННЫЕ ОТВЕТВИТЕЛИ С ПЕРЕМЕННОЙ СВЯЗЬЮ

Б[азначение и требования

Направленные ответвители с переменной связью используются для регулировки уровня мощности, ответвляемой из тракта. Если к выходу основного тракта такого направленного ответ-вителя подключить согласованную нагрузку, то получится переменный аттенюатор. В нем мощность будет поглощаться в согласованной нагрузке. Такие аттенюаторы целесообразно применять в трактах с высоким уровнем мощности, так как в них легко отводить тепло от поглотителя.

К направленным ответвителям с переменной связью предъявляются требования высокого согласования, широкополосности, большого предела изменения переходного затухания. Особенно трудно выполнить требование малого переходного затухания [55]. Ответвители с малым переходным затуханием назовем ответвите--лями с полной связью.

Коаксиальный ответвитель с полной связью

Обычно коаксиальные направленные ответвители с переменной связью выполняются на связанных четвертьволновых линиях, переходное затухание которых изменяется с изменением связи. Такие переменные коаксиальные ответвители имеют минимальное затухание примерно 2 дБ и направленность 104-15 дБ. С целью сохранения согласования применяют различные способы. Одним из способов является сложное движение связанных линий (например, при раздвижении линии - они приближаются к кор-

пусу). При другом способе вводят дополиительные элементы согласования, имеющие самостоятельное движение при перемещении связанных линий. Эти меры необходимы для сохранения постоянства волнового сопротивления линии, которое резко изменяется при изменении связи. Такие ответвители е имеют полного ответвления мощности, и в них трудно достигнуть хорошего согласования. Кроме того, из-за малого зазора между линиями, снижается допустимая мощность. Описанные выше недостатки устранены в направленном ответвителе с полной связью [56]. Этот ответвитель обеспечивает изменение переходного затухания от больших значений до нуля, т е, при определенной величине зазора между связанными линиями он становится ответвителем с полной связью. Ответвитель имеет хорошее согласование без принятия специальных мер. Рабочие зазоры между связанными линиями позволяют применять ответвитель при большой мощности.

Такой ответвитель построен на основе коаксиальных мостов на связанных линиях [67]. Мост выполняется в виде отрезка экравиг рованной двухпроводной линии (рис. 5.5). В качестве проводов двухпроводной линии используются две одинаковые прямоугольные пластины 1, находящиеся на определенном расстоянии друг от яруга. Экран 2 имеет прямоугольную 1(1иии цилиндрическую) форму и закрывает двухпроводаую линию с торцов и с боков. Прямоугольные пластины через экран переходят в центральные (Проводники коаксиальных линий. Оболочки коаксиальных линий члтрисоеди-няются к экрану.

(В таком устройстве энергия, поданная в одно из плеч,

Рис. 5.5. Схема коаксиального моста на связанных линиях:

/ - прямоугольная пластина; 2 - экран

Рис. 5.6. Схема направленного ответвите-ля с переменной связью с перемещением линии:

/ - неподвижная пластина; 2 - экран; 3, 4 - вч входы; 5 -гибкая пластина; S -подвижная пластина; 7, в - вч входы

раапростраияется в еиде симметричной и несимметричной волн и раашределяется между остальными тремя плечами. При определенном соотношении между волновыми (сопротивлениями подводящих линий и волновыми сопротивлениями связанных линий для симметричной и нвсимметрич1ной волн устройство оказывается согласованным, а энергия, поданная в плечо а. делится между плечами б и В и не ответвляется в плечо г. Фаза поля, ответвленного в плечо в, отстает на 90° от фазы поля в плече б. Согласование и направленность моста сохраняются в широком диапазоне частот.

Деление мощности между плечами Б и В происходит по закону

(5.1)

п - коэффициент деления моста;

Рб, Рв - мощность в плечах £ и В;

По - коэффициент деления при длине моста, равной - ;

X - длина волны;

/ - длина моста.

Поскольку выражение (5.1) имеет экстремум при 1=-, то

длина моста обычно выбирается равной При этом обеспечивается наиболее равномерное деление мощности в широкой полосе частот. При длине моста, равной - , энергия, поданная в плечо а, полностью переходит в плечо б, не ответвляясь в другую линию. При /= -, согласовании всех плеч и выполнении равенств

= 2 (уТ- 1)

Р = ±(1/2--1)

(5.2)

Ро - волновое сопротивление подводящих линии; Z++ - волновое сопротивление линии для несимметричной волны; Z - волновое сопротивление линии для симметричной волны, мост согласован, пары плеч а, г и б, в развязаны, а энергия, поступающая в плечи а или г, делится между плечами £ и В поровну.

В диапазоне свч большое влияние на характеристики моста оказывает согласование переходов от коаксиальной подводящей линии к связанным линиям моста, поэтому после предварительного