Подвійний хвилевідний трійник

Шлейфний міст

Він являє собою дві ЛП та шлейфи, що їх з’єднують, включені через L/4. Зі збільшенням їх кількості діапазонні властивості моста поліпшуються, але зростають габарити та втрати.

Як приклад на рис. 1.139 оказано дво- та тришлейфні мости; там також позначено нормовані значення хвильових опорів ліній у смужковому виконанні.

Зовнішній огляд двошлейфного мосту у микросмужковому виконанні показано на рис. 1.140

Зовнішній вигляд ПХТ показаний на рис. 1.141.Як видно з рисунка, цей трійник являє собою комбінацію двох хвилевідних трійників: H-трійника (плечі 1—3—4} й E-трійники (плечі 2—3—4). Відповідно до цього плече 1 часто називається Н-плечем, а плече 2 — Е -плечем. Міст виконується так, щоб всі його плечі були симетричні.

Рис. 1.141 в)

Схема заміщення як сукупність схем заміщення Е- та Н-трійників наведена на рис.1.142.

Розглянемо розподіл потужності в мосту при різних варіантах його збудження.

Нехай міст живиться з боку плеча 1, а в плече 2 включений індикатор. При цьому можливі два випадки:

— у бічні плечі 3 й 4 включені однакові ( в окремому випадку погоджені) навантаження;

— у бічні плечі 3 й 4 включені різні

— навантаження.

У першому випадку потужність, що надходить із плеча 1, розподіляється нарівно між бічними плечима 3 й 4 (рис. 1.143.а). У плече 2 енергія не піде, тому що при симетричному розподілі поля в ньому можуть збудитися тільки Е хвилі, починаючи з Е₁₁. При звичайному виборі розмірів хвилеводу для цих хвиль не виконується умова поширення, тому вони загасають поблизу розгалуження. Отже, плечі 1 й 2 виявляються електрично розв'язаними.

З рис. 1.141.а і 1.143.а видно, що плечі 3 й 4 збуджуються синфазно. ПХТ задовольняє теоремі взаємності. Тому можна стверджувати, що при живленні його одночасно з боку плечей 3 й 4 синфазними коливаннями рівної амплітуди вся енергія піде в плече 1.

Якщо в плечі 3 й 4 включені різні навантаження, то картина електричного поля буде несиметричної щодо плеча 2 (рис. 1.141.а). Тому, крім Е хвиль, у плечі 2 збуджується основна хвиля Н₁₀ (рис. 1.143.б), тобто в це плече відбувається відгалуження енергії. Чим більше різняться навантаження в плечах 3 й 4, тим більше енергії попадає в індикатор, включений у плече 2. Тому подвійний трійник можна використати для контролю рівності навантажень, а якщо одне навантаження узгоджене, то й для контролю узгодження. При цьому в плече Е потрібно включити відповідний вимірювальний прилад.

Розподіл електричного поля при живленні трійника з боку плеча Е і при однакових навантаженнях у бічних плечах показане на рис. 1.141.б і 1.143.в. Пунктиром показаний поперечний переріз хвилеводу плеча Н. По розподілі поля видно, що потужність ділиться нарівно між бічними плечима, причому на відміну від наведеного вище випадку (рис. 1.141.а і 1.143.а) коливання в бічних плечах 3 й 4 перебувають у противофазі. У плече Н енергія не надходить, тому що в ньому збуджується хвиля Н₂₀, що не може поширюватися в стандартному хвилеводі. Якщо збуджувати подвійний трійник одночасно з боку плечей 3 й 4 протифазними коливаннями рівної амплітуди, то відповідно до принципу взаємності вся енергія надійде в Е-плече.

При різних навантаженнях бічних плечей частина потужності відгалузиться в плече Н, тому що за рахунок асиметрії поля в ньому буде збуджуватися не тільки хвиля Н₂₀, але й основна хвиля. Отже, і при даному варіанті живлення подвійний трійник можна використати для контролю узгодження навантажень.

Використовуючи рис. 1.143.а і 1.143.в, розглянемо випадок живлення трійника одночасно з боку плечей Е и Н*. Будемо думати, що зображені на рисунках силові лінії відповідають синфазному живленню плечей. Легко переконатися (наклавши один рисунок на іншій), що при одночасному живленні коливання в плечі 4 сумуються, а в плечі 3 — віднімаються. Отже, у цьому випадку вся енергія передається в плече 4.

На підставі теореми взаємності можна стверджувати, що при живленні трійника з боку плеча 4 енергія ділиться нарівно між плечима Е и Н, а в плече 3 не надходить. Якщо плечі Е і Н живити в противофазі, то вся енергія надходить у плече 3, і, навпаки, якщо живити трійник з боку плеча 3, то енергія поділиться нарівно між плечима Е і Н.

Отже, подвійний хвилевідний трійник, плечі якого навантажені однаковими опорами, має наступні основні властивості.

1. При живленні трійника з боку плеча Н у бічних плечах 3 й 4 збуджуються синфазні хвилі з однаковими амплітудами. Плече Е не збуджується ( ).

2. При живленні трійника одночасно з боку бічних плечей 3 й 4 синфазними хвилями рівної амплітуди збуджується плече Н. Плече Е не збуджується ( ).

3. При живленні трійника з боку плеча Е в бічних плечах 3 й 4 збуджуються протифазні хвилі з однаковими амплітудами. Плече Н не збуджується.

4. При живленні .трійника одночасно з боку бічних плечей 3 й 4 протифазними хвилями рівної амплітуди збуджується плече Е. Плече Н не збуджується.

5. При живленні трійника одночасно з боку плечей Е и Н синфазними (як прийняте на рис. 1.43.а,в) хвилями з однаковою амплітудою збуджується плече 4. Плече 3 не збуджується.

6. При живленні трійника з боку плеча 4 у плечах Е и Н збуджуються синфазні хвилі рівної амплітуди. Плече 3 не збуджується.

7. При живленні трійника одночасно з боку плечей Е и Н протифазними хвилями з однаковою амплітудою збуджується плече 3. Плече 4 не збуджується.

8. При живленні трійника з боку плеча 3 у плечах Е и Н збуджуються протифазні хвилі з однаковою амплітудою. Плече 4 не збуджується.

Таким чином, будь-які протилежні плечі подвійного трійника взаємно розв'язані. Однак це справедливо тільки для випадку ідеального узгодження й ідеальної симетрії плечей. Реально можна домогтися розв'язки плечей порядку 30 - 50 дБ при КСХ не більше 1,2 у смузі частот до 10%. Така розв'язка забезпечується точністю виготовлення трійника й застосуванням узгоджувальних пристроїв. Для узгодження встановлюються два незалежних узгоджувальних пристрої: одне в Н-плече, інше в Е-плече (рис. 1.144.а). При цьому трійник виявляється погодженим з боку будь-якого плеча й часто називається двічі погодженим. Узгоджувальні елементи розташовуються звичайно поблизу розгалуження, що трохи розширює діапазонність.

Практичний інтерес також представляє випадок живлення трійника коливаннями однакової амплітуди, але різної фази. Нехай плечі Е и Н збуджуються сигналами з однаковою потужністю Р. Вище за допомогою картин електричних полів було показано, що при синфазних сигналах вся потужність (2Р) надходить у плече 4 (рис. 1.143). Це можна показати й за допомогою векторної діаграми (рис.1.145.а)^**. На рис. 1.145.б показані векторні діаграми для випадку, коли плечі Е и Н збуджуються коливаннями з однаковими амплітудами, але зрушеними по фазі на кут φ( ). На діаграмі позначені. E₁₃ й Е₁₄ — вектори електричних полів, збуджених у плечах 3 й 4 при живленні трійника з боку плеча 1; E₂₃ й E₂₄ — вектори електричних полів, збуджених, у плечах 3 й 4 при живленні трійника з боку плеча 2; E₃ й E₄ — вектори сумарних електричних полів у плечах 3 й 4 відповідно. З діаграми видно, що сигнал

надходить як у плече 4, так й у плече 3.

Скориставшись теоремою косинусів, можна визначити [3] потужність сигналів, що надходять у плечі 3 й 4:

; Залежності Рз і Р₄ від різниці фаз φ коливань у плечах Е і Н графічно представлені на рис. 1.146.

Як видно із графіків, у всіх випадках (крім φ = 0 і φ = 180 ) потужність, що надходить у плечі Е і Н, ділиться між плечима 3 й 4. При φ = 90° потужність ділиться нарівно. Аналогічно розглянемо збудження подвійного трійника одночасно з боку плечей 3 й 4. В самому загальному випадку комплексні амплітуди напруженості електричного поля в плечах 1 й 2 будуть відповідно дорівнювати: Завдяки своїм властивостям подвійний трійник знаходить широке застосування у хвилевідній техніці. У вимірювальних апаратурах подвійний трійник використовується для контролю узгодження, контролю рівності навантажень, виміру вхідних опорів навантажень та ін. На базі подвійного трійника конструюються високочастотні змішувачі й диплексери.

Істотними недоліками подвійного трійника є громіздкість конструкції й знижена електрична міцність. Останнім часом почали застосовуватися модифіковані, так названі згорнуті подвійні трійники (рис. 1.144.б). Така конструкція більш компактна, але викликає труднощі при узгодженні плечей.