4 . Подільники потужності
4.1 Трійники на НВЧ
Для розподілу високочастотної енергії в хвилеводних каналах використовуються різні розгалужувачі. Один з найбільш широковживаних розгалужувачів є так зване Т-подібне розгалужене, або Т-подібний трійник. Якщо площина розгалуження співпадає з площиною магнітних силових ліній хвилі Н10 то такий трійник називається Н-трійником. Відповідно трійник, розгалуження якого лежить в площині електричного вектора Е, називається Е-трійником. На рис.4.1 приведена схема Е та Н-трійників.
Лінії вектора Е у хвилеводі напрямлені вздовж широких стінок.У у випадку Н-трійника вони в місці розгалуження залишаються між широкими стінками, лише розділяючись паралельно на дві рівні половини і поширюються синфазно до пліч 1 і 2. Тому Н-трійник можна розглядати як паралельне з’єднання ліній.
У випадку Е-трійника (рис.4.1д) лінії вектора Е в місці розгалуження, для того щоб залишатись направленими між широкими, ніби “розриваються” на дві рівні половини. В результаті такого розриву вони поширюються до пліч 1 і 2 протифазними. Е –трійник можна розглядати, як послідовне з’єднання ліній, тому що поздовжній поверхневий струм повністю проходить через місце розгалуження


а) б)
Рис. 4.1. Хвилевідні трійники
а, – Н - трійник, розподіл ліній вектора Е, еквівалентна схема.
б – Е – трійник, розподіл ліній вектора Е, еквівалентна схема.
.
Матрицю розсіювання повністю симетричного подільника потужності з однаковим хвильовим опором W паралельно з’єднаних плеч можна знайти з наступних міркувань. Вхідний опір будь-якого плеча при включенні в два других плеча узгоджених навантажень W буде становити W/2, а коефіцієнт відбиття:
Г = (W/2- W)/( W/2+ W)= -1/3 (4.1)
Значить в симетричному подільнику потужності:
S11=S22=S33= -1/3 (4.2)
Враховуючи, що в площині розгалуження відбивається частина потужності рівна
Г2=(1/3)2=1/9 (4.3)
знаходимо, що в кожне з двох бокових плеч поступає 4/9 вхідної потужності, тобто модуль коефіцієнта передачі за напругою становить 2/3. Решту елементів матриці розсіювання, що відповідають коефіцієнтам передачі, також становлять 2/3. В результаті отримаємо розсіювання симетричного подільника потужності:
(4.4)
Основним недоліком розглянутих трійників є неузгодження кожного з плеч.
Для побудови паралельного трійника, узгодженого зі сторони одного плеча, наприклад ,бокового плеча 3, можна вибирати хвильовий опір плеча 3 в два рази меншим ніж плеч 1 і 2. В цьому випадку коефіцієнт відбиття в плечі 3 відсутній і в кожне з двох плеч поступає половина вхідної потужності, тобто модуль передачі за напругою становить
v(1/2)=v2/2. В цьому випадку матриця розсіювання буде становити:
(4.5)
Трійником погодженим зі сторони всіх плеч являється кільцевий резистивний подільник потужності на смужкових лініях (рис.4.2).
Рис.4.2. Кільцевий резистивний подільник.
Його матриця на основній частоті має вигляд:
(4.6)
В 35% смузі частот резистивний подільник зі сторони всіх плеч 1-3 забезпечує КСХ <1.2, а також має розв’язку входів 2 і 3 кращу 20 дБ. Розсіювання потужності в розв’язуючому резисторі R може відбуватися тільки за рахунок протифазних сигналів рівної амплітуди, які поступають на входи 2 і 3.
Т-подібні розгалужувачі мають властивості взаємного зв’язку, тобто до пліч 1, 2 Е-трійника підключені протифазні генератори, то в плечі 3 виділиться енергія сумарної хвилі. Аналогічно для виділення сумарної енергії в плечі 3 Н-трійника до пліч 1 і 2 необхідно підключити синфазні генератори.
2.4. Волноводные разветвители
Для распределения высокочастотной энергии по волноводным каналам в заданном отношении используют разветвители. Одним из наиболее широко встречающихся видов разветвителей является Т–образное разветвление или волноводный тройник. Если плоскость разветвления совпадает с плоскостью, в которой лежат силовые линии вектора Е основной волны Н10, то такой тройник называется Е–тройником или тройником Е–типа (рис.2.6), в случае разветвления в плоскости магнитных силовых линий – Н–тройником или тройником Н–типа (рис.2.7).
Обозначим условно плечи тройников буквами А, Б, В.
Рис.2.6. Волноводный Е–тройник
Рассмотрим работу Е–тройника. Если волна Н10 распространяется по волноводу А к месту разветвления (рис.2.6.б), то она будет ответвляться в волноводы Б и В, и на одинаковых расстояниях от места разветвления в этих волноводах волны будут в противофазе. Отсюда следует, что если по волноводам Б и В к месту разветвления придут волны в противофазе, то они будут переходить в волновод А, совпадая по фазе и, следовательно, в этом волноводе будут складываться. В противоположном случае, когда по волноводам Б и В к волноводу А подходят волны, имеющие одинаковые фазы, ответвляясь в волновод А, они в этом волноводе будут иметь противоположные фазы и при одинаковых амплитудах уничтожатся. Если же волна движется вдоль волновода БВ, то часть энергии ответвляется в волновод А (рис.2.6.в).
Рис.2.7. Волноводный Н–тройник
Рассмотрим работу Н–тройника. Если волна Н10 подходит по волноводу А к месту разветвления (рис.2.7.б), то волны, ответвляющиеся в волноводы Б и В, на равных расстояниях от места разветвления, имеют одинаковые фазы. На рис. 2.7.б крестики изображают направление электрических силовых линий перпендикулярно к плоскости рисунка («от нас»), а тонкие линии – показывают фронт волны. Справедливо и обратное свойство Н–тройника – если к разветвлению по волноводам Б и В приходят волны с одинаковой фазой, то они будут ответвляться в волновод А также с одинаковыми фазами и складываться. Но если по волноводам Б и В к волноводу А подходят волны с одинаковыми амплитудами, но противоположными фазами, то они не будут возбуждать волн в волноводе А. При движении волны вдоль волновода БВ часть её энергии ответвляется в волновод А (рис.2.7.в).
В дальнейшем плечи тройников будем обозначать цифрами 1, 2, 3 (рис.2.10, 2.11).