в малошумящем тракте не страшно, так как существуют методы, с помощью которых могут быть спроектированы элементы на основе увеличенного волновода с малыми потерями на перерождение. При этом следует иметь в виду, что энергия основной волны, переродившаяся даже в малой степени волны высших типов, должна отводиться в элементы, где происходит поглощение,- фильтры с охлаждением, тем самым не внося дополнительных шумов.

Поэтому целесообразным для создания волноводных трактов с малым уровнем шума является применение волновода с волнами высших типов с основной волной в качестве рабочей й одновременного охлаждения элементов, в которых происходит поглощение волн высших типов, причем охлаждения довольно просто добиться с помощью излучения волн высших типов в пространство. Для направлений, близких к зениту, шумовая температура неба составляет единицы градусов Кельвина. Конструкторская и технологическая простота изготовления делает прямоугольный волновод предпочтительнее по сравнению с другими формами поперечного сечения волноводов. Обычно размеры поперечного сечения выбираются исходя из требуемых электрических характеристик и конструктивных соображений.

Если ограничиться выигрышем по погонным потерям в 5-10 раз по фавнению со стандартным волноводом, то отношение поперечного сечения (S) к квадрату длины рабочей волны (Л) должно равняться величине порядка единиц.

4. Особенности конструирования волноводных трактов с низкой шумовой температурой

Применение для конструирования тракта волновода увеличенного сечения влечет за собой необходимость учета ряда обстоятельств с которыми не сталкиваются при проектировании тракта на основе стандартного волновода. Волноводный тракт является многоволновым, в нем, помимо основной волны, могут распространяться волны высших типов. Любая сколь угодно малая неоднородность в таком тракте является источником связи основной волны с волнами высших типов. Возникновение волн высших типов и их распространение приводят к дополнительным потерям. В многоволновом тракте, помимо потерь омических и на отражение, существуют еще, как уже было отмечено, потери на перерождение основной волны в волны высших типов. Неправильный подход к конструи-рОБЗкиро может не только не сократить общие потери, а даже увеличить. Выигрыш по погонным потерям основной волны за счет увеличенного сечения может исчезнуть из-за потерь на перерождение. Отсюда возникает первая задача - создание элементов тракта на основе волновода увеличенного сечения с малыми потерями на перерождение.

Создание подобных элементов на основе круглого волновода вызывает большие трудности, особенно это касается возбудителей и изгибов [3]. Возбудитель волны Яакр в круглом волноводе пред-ставляег собой сложное по конфигурации устройство, что объясняется существенной разницей в характере полей возбуждающей Яюпр в прямоугольном волноводе и возбуждаемой волн (рис. 3). Потери в лучших из имеющихся возбудителей на несколько порядков больше погонных потерь этой волны в круглом волноводе.

Волна типа Нд Волна типа Hq

Рис. 3. Картина поля в волноводе Сплошные линии характеризуют электрическое поле, штриховые-магнитное поле

Трудно получить и изгиб с малыми потерями. Одной из причин является тот факт, что волне Яикр всегда сопутствует волна Е\х\ у обеих волн одинаковые критические длины, в силу чего фильтрация волны нежелательного типа затруднена.

Изгибы с потерями, равными десятым долям децибелла, имеют радиусы изгиба порядка 10-30 Л [4].

Крайне усложняется задача, если нужны изгибы небольших радиусов (/? = 3 Л -ч- 5 Л) для размещения аппаратуры в ограниченном объеме.

Как уже было отмечено, решить эти задачи можно с помощью применения прямоугольного волновода увеличенного сечения, причем имеется в виду прямоугольный волновод с оптимальным в отношении погонных потерь соотношением сторон. В данном случае возбудитель имеет простую конфигурацию- пирамидальное переходное устройство со стандартного волновода на волновод увеличенного сечения. При длине 10 длин волн в волноводе подобные возбудители обеспечивают хорошие результаты.

В основу конструирования изгибов может быть положен один из следующих принципов.

Методом поперечных сечений [5] могут быть определены амплитуды волн высших типов на изгибе заданного угла и радиуса и приближенно определены радиусы изгибов с перерождением возбуждающей волны в волны нежелательных типов, близких к нулю. Подобные изгибы просто получаются в случае двуволновости. Например, формула для определения радиуса изгиба в плоскости

Н, в которой распространяются волны Яю и Я20, имеет вид

Рис. 4. Секционный изгиб в плоскости Е

где /? - радиус изгиба, Э - угол изгиба в рад, и Л2- длины волн в волноводе для рабочего и нежелательного типа волн соответственно.

За счет разнесенности фазовых характеристик можно получить для прямоугольного волновода удовлетворительные габаритные размеры.

При значительном увеличении сечения, когда в волноводе может распространяться более двух волн, расчетные формулы усложняются, а радиусы изгибов увеличиваются. В этом случае целесообразно пользоваться секционными изгибами, которые представляют собой изогнутый волновод, поперечное сечение которого разделено на секции, в каждой из которых возможно распространение только основного типа волны (рис. 4).

Различие в геометрических длинах секций ликвидируется за счет создания в секциях набега фаз, кратного 360° для основной волны. Последнее приводит к условию

a(d + /)(iVi-iV2) = pA,

где а - угол изгиба, d - высота секции, t - толщина стенки между секциями, N, ц. N - номера секций, Л - длина волны в волноводе (секции), р - целое число.

Этот метод позволяет создавать изгибы без ограничений, накладываемых на радиусы изгибов, и размеры поперечных сечений волновода. Следует отметить, что диапазонность подобных изгибов ограничена и может быть оценена не более чем в 5%.

Многоволновость тракта даже при условии использования элементов с малыми потерями на перерождение может привести к возникновению резонансных явлений в нем и уменьшению КПД системы. В силу этого необходимым элементом многоволнового тракта является фильтр волн высших типов. В качестве такого фильтра целесообразно использовать отрезки волноводов с системой тонких (относительно Ц поперечных нерезонансных щелей на боковых стенках для излучения волн Я,„„ и Еп и резонансных - по нейтралям оснований для излучения волн Я2р,о. Секции

0,1Л

ISii!

" Щели с д8их сторон

Рис. 5. Фильтр волн высших типов

должны быть снабжены продольными металлическими пластинами, расположенными в максимуме поля Е, которые устраняют вырождение одноименных типов волн Я,„„ и fmn и приводят к более интенсивному излучению высших типов. Фильтр должен быть

Рис. 6. Схема волноводного тракта

снабжен параболическим рефлектором для излучения в пространство энергии волн высших типов (рис. 5).

Схема малошумящего волноводного тракта определяется его функциональными особенностями и компоновкой, однако 1юскольку

многие элементы являются необходимыми в нем, то примерная схема его может быть изображена, см. рис. 6. На этой схеме обязательными элементами являются возбудители и фильтры.

5. Методика экспериментального определения потерь основной волны в волны высших типов

Наличие многоволновости заставляет по-новому решать вопросы экспериментального исследования элементов волноводных трактов, требует тщательно продуманной постановки эксперимента и тонкой методики измерений.

Рис. 7. Схема установки для оп ределения потерь на перерождение основной волны в волны высших типов

г - генератор; ФВ], ФВ, - ферритовые вентили; ЯО,, НОг - иа-правлеииые ответвители; НП,, НПг - нагрузки поглощающие; В - волномер; D„ D2 - детекторные секции; мА - миллиамперметр; ИУ - измерительный усилитель

Применяемая методика основана на использовании экспериментальных резонансных кривых сигнала, прошедшего через испытуемое устройство и отраженного от поршня при перемещениях последнего. Соответствующая экспериментальная установка схематически изображена на рис. 7. В качестве испытуемого элемента можно рассмотреть переходное устройство. На этом примере рассмотрим физику происходящего явления.

Волна Ню, падая на переходное устройство, порождает в нем волны высших типов Я12, Ei2, ffu. Ей,- - Возбужденные волны распространяются по волноводной системе в направлении к поршню, затем отражаются от поршня и распространяются в противоположном направлении. Однако поскольку для волн высших типов не выполняются условия распространения в волноводе стандартного сечения, то они, отразившись от критического сечения переходника, будут распространяться повторно в направлении к поршню и т. д. Процесс многократно повторяется. При этом сигнал частично будет излучаться обратно в подводящий волновод.

При определенных положениях поршпя [ L = rz J ) в системе воз-154

пикает своеобразный резонатор для волны типа /. В этот момент фиксируемый отраженный от поршня сигнал резко уменьшается. Если фиксировать отраженный сигнал при перемещении поршня и построить график зависимости величины сигнала от положения поршня, то по этому экспериментальному графику можно определить возникшие волны высших типов и уровень потерь на перерождение основной волны в них. На рис. 8 представлен подобный

so 70 ВО мм Лолпясение поршкч

Рис. 8. Зависимостьотраженной мощности от положения [поршня дляпере-

ходника без фильтра 12 - резонанс на волие Яц; 12 - резонанс иа волие £,2; 14 - резонанс иа волне Ян ; - резонанс иа волне

график ДЛЯ переходного устройства. Кривая графика изрезана, она имеет резкие пики, разнесенные на определенные расстояния друг от друга. Это расстояние равно Л 2. По величине длины волны в волноводе может быть определен тип возникшей волны. По изменению уровня отраженного сигнала в момент резонанса рассматриваемого типа, ширине резонансной кривой (по уровню 0,5 от максимального значения) и длине рабочей волны можно определить потери на перерождение волны в волну типа /.

Формула для определения потерь на перерождение основной волны в волны высших типов получена из рассмотрения испытуемого элемента в момент резонанса как контура, она имеет вид

a=ioigii±ilta6].

где г = "j/ ---коэффициент отражения по полю; А L - ширина

резонансной кривой, определяемая по уровню 0,5 от максимального значения; %. - длина рабочей волны; - длина волны в волноводе типа /. Величины Г и AL определяются экспериментально по графику рис. 8,

5414