Кільцевий хвилевідний міст

Кільцевий хвилевідний міст (рис. 1.147) являє собою прямокутний хвилевід, згорнутий у кільце в площині Е. Довжина хвилеводу по осьовій лінії становить l_х. До широкої стінки хвилевідного кільця підключені чотири відгалуження, які є відрізками прямокутних хвилеводів. Таким чином, цей міст можна представити

у вигляді послідовного з'єднання чотирьох хвилевідних Е-трійників. Схему заміщення кільцевого моста подано на рис. 1.148. Її складено на основі схеми заміщення Е-трійника, який збуджує бічні плечі в протифазі (див. рис. 1.94). Це показано на рис. 1.148 протифазними векторами Е полів, які поширюються від плеча 1 по кільцю. Хвильовий опір кільцевої лінії дорівнює Z, підключені лінії мають хвильові опори Z₀.

Схематично кільцевий міст зображений на рис. 1.147.б. Відстані між відгалуженнями підібрані так, щоб енергія, що надходить із боку будь-якого плеча, ділилася нарівно між сусідніми плечима й не надходила в протилежне плече.

Відомо, що при збудженні трійника з боку плеча Е в плечах основного хвилеводу збуджуються протифазні хвилі однакової амплітуди (рис. 1.102.а). Тому, якщо збуджувати кільцевий міст через одне із плечей, у будь-якому перетині кільцевого хвилеводу поле являє собою суперпозицію двох хвиль. Розглянемо розподіл енергії в кільцевому мосту для різних варіантів живлення за допомогою векторних діаграм. Введемо позначення: — вектор електричного поля хвилі, що поширюється в кільцевому хвилеводі по годинниковій стрілці; — вектор електричного поля хвилі, що поширюється проти годинникової стрілки.

На рис. 1.149 показане розташування векторів, що характеризують фази хвиль у різних перетинах кільцевого хвилеводу при збудженні моста через плече 1. З діаграми видно, що в перетин в хвилі приходять у фазі, тому, отже, у плече 3 (рис. 1.147) кільцевого моста енергія відгалужуватися не буде.

У перетини б и г хвилі приходять у противофазі, отже, виконується умова відгалуження енергії в плечі 2 і 4 кільцевого мосту. З векторної діаграми видно, що коливання в перетинах б і г перебувають у фазі, тому плечі 2 і 4 мосту збуджуються синфазно.

Рис. 1.149 На підставі теореми взаємності можна стверджувати, що при живленні кільцевого моста одночасно з боку плечей 2 й 4 синфазними хвилями рівної амплітуди буде збуджуватися плече 1, а в плече 3 енергія не піде. Ці властивості аналогічні першій і другій властивостям подвійного трійника.

Розташування векторів, що характеризують фази хвиль в перетинах кільця при живленні моста з боку плеча 3, показане на рис. 1.150. З діаграми видно, що енергія відгалужується в плечі 2 й 4, причому ці плечі збуджуються в противофазі. У плече 1 енергія не відгалужується. З теореми взаємності випливає, що при живленні моста одночасно через плечі 2 й 4 протифазними хвилями рівної амплітуди вся енергія піде в плече 3, а плече 1 збуджуватися не буде. Рис. 1.150

Ці властивості аналогічні третій і четвертій властивостям подвійного трійника. Кільцевому мосту властиві й інші, викладені вище, властивості подвійного трійника. При цьому передбачається, що кільцевий міст погоджений з боку будь-якого плеча.

Знайдемо співвідношення між хвильовими опорами кільця Z і пліч Z₀, для яких на будь-якому вході моста, наприклад першому (рис. 1.148), немає відбиття в разі підключення до інших пліч узгоджених навантажень. Оскільки в площині третього плеча є вузол електричного поля, то можна вважати, що в цій площині міст закорочено, тому схему заміщення в разі збудження з боку плеча 1 можна подати так, як показано на рис. 1.151.

Опір лінії в перерізах 2 – 2 та 4 – 4 дорівнює хвильовому опору Z₀, оскільки до цих перерізів паралельно підключено чвертьхвильові короткозамкнені відрізки, вхідний опір яких нескінченний.

Перерахувавши опір перерізу 2 – 2 до точок 1 – 1 маємо Z_вх = Z ²/Z_н = Z ²/Z₀.

Аналогічний вираз одержимо для опору перерізу 4 – 4, перерахованого до точок 1¢ – 1. Оскільки Е-плече включене в кільце послідовно, для узгодження моста за входом 1 – 1 потрібно, щоб виконувалась рівність Z₀ = 2Z_вх= 2Z ²/Z₀, звідки одержуємо Z₀ = Z Тому висота хвилеводу кільця – розмір b_кільця – менше розміру хвилеводів b_плеча в раз.

Застосування в кільцевих мостах трансформувальних властивостей відрізків довгих ліній зумовлює залежність їхніх характеристик від зміни частоти.

Кільцеві мости практично можуть застосовуватися для тих же цілей, що й подвійні трійники.

Найбільш широке застосування кільцеві мости знайшли в схемах, виконаних на коаксіальних чи смужкових (рис. 1.152) хвилеводах, конструкції яких складається також з кільця довжиною 3L/2 і чотирьох пліч, підключених до нього паралельно (рис. 1.153.а).

Це кільцева лінія з хвильовою провідністю Y, до якої приєднані лінії з хвильовою провідністю Y₀.

Перерахуємо провідність перерізу 2- 2 до точок 1- 1,використовуючи відомий з теорії довгих ліній вираз (див. модуль 1) для вхідної провідності лінії з хвильовою провідністю Y, навантаженої на провідність Y_н (у нашому випадку Y_н = Y₀):

Аналогічний результат виходить для провідності перерізу 4- 4, перерахованої до точок 1 – 1. Звідси випливає, що для забезпечення узгодження за входом 1- 1 потрібно, щоб виконувалась рівність

або

Використання в кільцевих мостах властивостей трансформації опорів чвертьхвильовими відрізками довгих ліній визначає залежність їхніх характеристик від зміни частоти.

Кільцевий міст із «перекиданням фази» (рис. 1.154). Загальна довжина кільця розглянутих вище мостів становить 1,5L. Цей розмір може виявитися неприйнятним для ПНВЧ дециметрового діапазону хвиль. Його зменшують, замінюючи ділянку кільця довжиною 3L/4 відрізком зв’язаних ліній з l = L/4, що вносить такий самий фазовий зсув 3p/2, оскільки зв’язок дає додатковий зсув фаз на p. Відзначимо, що обидва кінці цього відрізка мають бути заземлені, що не завжди зручно.

Мости з «перекиданням фази» мають більшу широкосмуговість, бо довжина їх кільця не 1,5L, а L.

Мости на основі 3-децибельних спрямованих відгалужувачів компактніші, однак їх мікросмужкове виконання утруднене, тому що ширина зазору між смужками має бути лише 8...10 мкм.