Фазообертачі

Фазообертачі– це пристрої, що служать для зміни фази ЕМХ, що поступає на їх вхід. Вони поділяються на прохідні і відбивні, плавні (аналогові) і стрибкоподібні (дискретні), з механічним управлінням фазовим зрушенням і електричним.

Виходячи з класичної формули для фази коливань

, (1.33)

де відповідно еквівалентна діелектрична і магнітна проникність, на фіксованій частоті фазу можна регулювати шляхом:

1) зміни геометричної довжини ;

2) зміни фазової швидкості ЕМХ, тобто шляхом зміни хвилевої (електричної) довжини ( ) відрізку лінії передачі;

В другому випадку =2 , де - довжина хвилі в хвилеводі, і звідси

витікає, що зміна фази ЕМХ можна забезпечити:

1) включенням в лінію передачі зосередженої реактивності (у загальному випадку

регульованої);

2) зміною шляхом варіювання розмірами поперечного розрізу хвилеводу;

3) зміною значень та завдяки введенню в хвилевід діелектричної або магнітодіелектрічної пластини.

На практиці застосовують прохідні і відбивні фазообертачі.

Прохідний фазообертач – це двоплічний пристрій. В ідеальному випадку ЕМХ повинна проходити з входу на вихід такого пристрою без віддзеркалень та загасання, отримуючи лише фазовий зсув У цьому випадку фазообертач можна уявити у вигляді еквівалентного чотириполюсника, матриця розсіяння якого має вигляд:

.

Відбивний фазообертач є одноплічним пристроєм, який в ідеальному випадку повністю відображає ЕМХ, що поступає на його вхід. При цьому фаза відбитої хвилі змінюється на по відношенню до фази падаючої хвилі. Такий фазообертач можна уявити у вигляді еквівалентного двополюсника, описуваного коефіцієнтом віддзеркалення на вході Фазовий зсув, що вноситься фазообертачем, може бути або фіксованим, або керованим. У фазообертачах з регульованим фазовим зсувом величина може змінюватися плавно (плавні або аналогові фазообертачі) або стрибкоподібно (дискретні фазообертачі).

Управління фазовим зрушенням, що вноситься, зазвичай здійснюють механічним або електричним шляхом. У механічних фазообертачах зміна фазового зрушення, що вноситься, відбувається внаслідок переміщення окремих елементів конструкції, а в

електричних - зміна фазовій швидкості хвилі здійснюється дією електричних сигналів, що подаються.

Нижче розглядаються найбільш поширені конструкції механічних фазообертачів (електрично керовані фазообертачі вивчаються в другому розділі мод.2 дисципліни).

Зокрема, на рис. 1.35, 1.36 зображені схеми фазообертачів тромбонного типа, тобто конструкції, в яких змінюється довжина . Це по класифікації прохідні механічні плавні фазообертачі. У першому випадку фазообертач виконаний на основі коаксіальної лінії, в якої завдяки переміщенню рухливої частини змінюється довжина лінії між входом і виходом пристрою. Для усунення віддзеркалення хвилі, що проходить, ковзаючі контакти в зовнішньому і внутрішньому провідниках рознесені, що дозволяє забезпечити однакове у всіх перетинах лінії незалежно від положення рухливої частини. Компенсація віддзеркалень в місцях стрибкоподібної зміни діаметрів зовнішнього і внутрішнього провідників коаксіальної лінії забезпечується послідовним включенням коротких відрізків коаксіальній лінії з більшою величиною хвилевого опору, ніж . Еквівалентною схемою таких відрізків є послідовно включена індуктивність, величина якої підбирається так, щоб компенсувати вплив ємності в еквівалентній схемі стику коаксіальних ліній з різними розмірами металевих провідників.

Друга схема (рис.1.36) виконана на основі хвилевідного щілинного моста, у вихідних плечах якого встановлені рухливі короткозамикаючі поршні. За властивостями щілинного моста хвиля, що поступає на його одне вхідне плече, ділиться порівну між вихідними плечима, відбивається від короткозамикачів і знову складається сінфазно в другому

вхідному плечі моста. Фазовий зсув, що вноситься, в даному фазообертачі визначається подвоєною відстанню, на яку синхронно переміщуються поршні, оскільки ЕМХ спочатку поширюючись убік короткозамикачів проходить відстань , а потім відбиваючись від них проходить його ще раз.

Зміну фазової швидкості хвилі, що поширюється по відрізку лінії, можна забезпечити за допомогою зміни параметрів середовища, що заповнює цей відрізок. При цьому можна отримати фазовий зсув, що вноситься, не змінюючи довжину відрізка лінії. Зокрема, конструктивно в прямокутний хвилевід з основною хвилею Н10 вводиться тонка діелектрична пластина завдовжки паралельно його вузьким стінкам (див. рис. 1.25, тобто, як в атенюаторі, але без поглинаючого шару). В останньому випадку фазообертач називають діелектричним і пластину переміщують від краю (вузька стінка хвилеводу) до центру прямокутного хвилеводу за допомогою тримача, пропущеного через отвір в бічній стінці хвилеводу і пов'язаного з механізмом переміщення зі шкалою, відградуйованої у відносних одиницях або безпосередньо в градусах. Для зменшення віддзеркалень кінці пластини загострюють.

При просуванні пластини в область більшої концентрації поля Е (до центру поперечного перетину прямокутного хвилеводу (див. рис. 1.28.а.)) збільшується уповільнення хвилі в хвилеводі і зростає запізнювання, що вноситься пластиною, а значить і зміна фази, що вноситься пристроєм. Математично це оцінюється шляхом заміни у формулі для на ефективну діелектричну проникність эф= Vф0 /Vф , яка змінюється приблизно від одиниці (пластина біля вузької стінки) до деякої максимальної величини (пластина розташована в середині широкої стінки). Це пов'язано з тим, що поблизу вузької стінки, де амплітуда вектора Е близька до нуля, потужність, що переноситься ЕМХ, дорівнює нулю, а всередині широкої стінки, де амплітуда вектора Е максимальна, максимальна і енергія, що переноситься хвилею усередині пластини.

Перевагою таких фазообертачів є конструктивна простота і невеликі габарити. Недолік – втрати в діелектриці.

Фазообертачі, у яких зміна фазової швидкості хвилі здійснюється шляхом зміни застосовуються порівняно рідко. У якості прикладу на рис. 1.37 наведено конструкцію такого фазообертача на відрізку прямокутного хвилеводу з основною хвилею, в якого на ділянці по середній лінії обох широких стінок прорізають подовжні невипромінюючі щілини.

При стисканні хвилеводів в поперечній плоскості змінюється розмір „а” і, як наслідок, критична довжина хвилі. Фазовий зсув, що вноситься, при цьому можна визначити як , де і - відповідно коефіцієнти фаз до стискування і після стискування хвилеводу.


Загальні переваги механічних фазообертачів:

- велика точність установки фази;

- мала залежність від зовнішніх умов.

Недолік – мала швидкість зміни фази. Цей недолік усувається електрично керованими фазообертачами.

1.3.7. Перетворювачі поляризації (поляризатори)

У ряді хвилевідних трактів ТКС виникає необхідність перетворення одного виду поляризації ЕМХ в інший, наприклад, лінійної поляризації в кругову і навпаки. Крім того, для збільшення об'єму інформації, що передається, в системах космічного зв'язку і супутникового мовлення зазвичай використовують ЕМХ з круговою поляризацією вектора Е, причому одночасно застосовують сигнали як з лівою поляризацією, так і з правою.

Розглянемо декілька класичних конструкцій взаємних перетворювачів лінійної поляризації в кругову.