Двойной волноводный тройник («магическое Т»)

Двойной волноводный тройник изображен на рис. 21.2.1. Как видно из рисунка, он представляет собой совмещение в одной конструкции согласованных Н-плоскостного и Е-плоскостного Т-тройников, чем и объясняется его название «двойной волноводный тройник». Покажем, что в идеально симметричном двойном тройнике переход энергии из плеча 1 в плечо 4, а также из плеча 4 в 1 при возбуждении волной H₁₀ невозможен. Предположим, что энергия от генератора поступает на вход плеча 1, а плечи 2, 3 и 4 нагружены на неотражающие нагрузки. Так как вектор электрического поля волны в плече 1 параллелен продольной оси волновода в плече 4, то в плече 4 могут возбудиться лишь волны Е и волны Н высшего типа, распространение которых невозможно, ибо волновод в плече 4 рассчитан на прохождение только волны . Следовательно, энергия, поступающая в нагрузку плеча 4, равна нулю, и двойной волноводный тройник при возбуждении со стороны плеча 1 эквивалентен Н-плоскостному Т-тройнику.

Перенесем генератор в о лечо 4, а в плечо 1 введем неотражающую нагрузку. Вектор электрического поля волны в плече 4 перпендикулярен узким стенкам волновода в плече 1, что делает невозможным возбуждение в нем волны типа . Следовательно, при возбуждении плеча 4 энергая в плечо 1 не ответвляется, и двойной волноводный тройник оказывается эквивалентен Е-плоскостному Т-тройнику. Так как в согласованном Н-плоскостном Т-тройнике плечи 2 и 3 возбуждаются с равной амплитудой в фазе, а в согласованном Е-плоскостном Т-тройнике те же плечи возбуждаются с равной амплитудой в противофазе, то в двойном тройнике:

- при возбуждении плеча 1 мощности, поступающие в плечи 2 и 3,равны половине входящей в плечо 1 мощности, а

поля синфазны. В плечо 4 энергия не ответвляется;

- при возбуждении плеча 4 мощности, поступающие в плечи 2 и 3, нравны пол овине входящей в плечо 4 (мощности, а поля про-тивофазны. Б плечо 1 энергия не ответвляется.

Очевидно, что верны и обратные утверждения:

- при синфазном возбуждении плеч 2 и 3 двойного тройника волнами равной амплитуды энергия поступит только в плечо 1;

- при противофазном возбуждении плеч 2 и 3 двойного тройника волнами равной амплитуды энергия поступит только в плечо 4.

При возбуждении плеча 2 энергия ее поступает (в плечо 3. Отсутствие возбуждения в плече 3 можно рассматривать как результат одновременного воздействия на плечо 3 двух противофазных волн равной амплитуды (рис. 21.2.2). Волну в плече 2 можно рассматривать как суммудвух синфазных волн равной амплитуды. Поэтому возбуждение плеча 2 волной единичной амплитуды (рис. 21.2.2а) эквивалентно одновременно двум случаям возбуждения:

- плечи 2 и 3 возбуждены синфазно волнами половинной амлитуды (рис. 21.2.26);

- плечи 2 и 3 возбуждены в противофазе волнами половинной амплитуды (рис. 21.2.2в).

При противофазном возбуждении плеч 2 и 3, как было выяснено выше, возбуждается только плечо 4. Синфазное возбуждение плеч 2 и 3 приводит к возбуждению только плеча 1. Следовательно, энергия, поступившая в плечо 2, поровну разделится между плечами 1 и 4. B плече 3 энергия равна нулю. Аналогично можно показать, что при возбуждении плеча 3 энергия не поступает в плечо 2.

При нарушении согласования Н- и Е-тройников моста параметры моста существенно ухудшаются. В частности, энергия из плеча2 начинает поступатьв плечо3, а при возбуждении плеча 3 часть энергии проходит в 2, т. е. идеальным мостом является только полностью согласованный двойной волноводный тройник, называемый иногда в литературе «магическим Т». Рабочий диапазон «магического Т» ограничен полосой частот, в пределах которой сохраняется согласование Н- и -Е-тройников,

Кольцевой мост

Наиболее распространенная схема волноводного кольцевого моста представлена на рис. 21.3.1. Всоответствии с классификацией волноводных разветвлений кольцевой мост, изображенный на этом рисунке, образован четырьмя волноводными Е-плоскостными Т-тройниками, соединенными друг с другом свернутыми по дуге окружности отрезками прямоугольного волновода. Длина каждого из отрезки» между плечами 1 и 2, 1 и 3, 2 и 3 равна Пусть плечи 2, 3 и 4 кольцевого моста (нагружены на согласованные нагрузки, а к плечу / подведена энергия от генератора. Что­бы не усложнять изложения, предположим, что кольцевой- мост согласован, т. е. переход энергии из ^-тройников в кольцо и об­ратно не сопровождается отражениями энергии.

Так как Е-тройник в боковых плечах возбуждает противофазные волны равной амплитуды (рис. 21.3.2), то по кольцу навстречу друг другу будут распространяться две волны: одна обегает кольцо по часовой стрелке, а вторая - против часовой стрелки. Чтобы различать эти волны, припишем всем величинам, характеризующим бегущую по часовой стрелке (правую) волну, верхний индекс «+», а левой волне, бегущей навстречу - верхний индекс «-». Например, набег фаз для правой волны обозначается , а. для левой . Определим фазу каждой из волн на входе плеч 2, 3 и 4. Расстояние по кольцу от плеча 1 до плеча 2 для правой волны равно . Поэтому (21.3.1)

Расстояние до того же плеча для левой волны равно , поэтому (21.3.2)

Дополнительный фазовый сдвиг в 130° возникает из-за противофазного возбуждения боковых плеч Е-тройника (рис. 21.3.2). Аналогично получаем: (21.3.3) (21.3.4)

Бели отбросить не влияющую на результат разность фаз 360°, то сдвиг фаз между провой и левой волнами на входе каждого из плеч равен (21.3.5)

Таким образом, на входе плеч 2 и 3 правая и левая волны противофазны, а на вход плеча 4 те же волны приходят в фазе. Энергия: в Е-тройник поступает только при противофазном возбуждении. Поэтому из плеча 1 кольцевого моста энергия поступает в плечи 2 и 3 и не проходит в плечо 4.

Определив аналогично фазы воля на входе соответствующих плеч при возбуждении плеч 2, 3 и 4, приходим к следующему правилу; в кольцевом мосте энергия делится поровну между двумя рядом расположенными плечами, т. е. из 1 переходит в 2 и 3, из 2- в 1 и 4, из 3 - в 1 и 4, из 4 - в 2;и 3.

Расстояния по кольцу от входа плеча 1 до входа плеч 2 и 3 равны. Поэтому волны в плечах 2 и3 синфазны при возбуждении плеча 1 тогда как при возбуждении плеча 4 поля в тех жеплечах оказываются противофазными, ибо расстояния по кольцу от выхода плеча 4 до входа плеч 2 к 3 отличаются на полволны (см. рис. 21,3.2).

В длинноволновой части СВЧ диапазона, где использование волноводов нецелесообразно, применяют кольцевые мосты на коаксиальных(рис. 21.3.3) илиполосковых линиях. Мосты на рис. 21.3.3 и 21.3.4отличаются только конструкцией, длина отрезков междуплечами в обоих случаях одинакова. Однако мост на рис. 21.3.4применяют чаще, так как компоновка устройств с прямоугольным мостом оказывается несколько проще.

Основными недостатками кольцевых мостов являются:

- узость рабочей полосы частот, так как выбор длины всех отрезков линий в кольце жестко связан с центральной частотой рабочего диапазона;

- весьма значительные габариты.