Поглинаючі змінні механічно керовані атенюатори

Хвилевідні атенюатори

Атенюатори (ослаблювачі) служать для регулювання рівня потужності сигналу, що проходить по хвилевідному тракту ТКС. Вони класифікуються:

1) за принципом дії на:

- поглинаючі;

- граничні;

2) за ступінню регулювання на:

- фіксовані (дискретні ступінчасті);

- змінні;

3) за способами регулювання на:

- механічно керовані;

- електрично керовані.

Основним параметром атенюатора є ослаблення (L = Р_ВХ / Рвих), що зазвичай вимірюється в децибелах.

Принцип дії поглинаючих атенюаторів полягає в зменшенні рівня передавальної потужності за рахунок перетворення частини ЕМЕ хвилі, що поширюється по пристрою, в теплову.

Конструктивно атенюатор є відрізок того чи іншого хвилеводу з двома фланцями, усередині якого знаходиться діелектрична пластина з поглинаючим шаром. Якщо пластина нерухома, то атенюатор є фіксованим. Якщо рухлива, то змінним.

Зміна положення пластини і тим самим регулювання ослаблення виробляється за допомогою механічного або електричного привідного механізму, що знаходиться зовні, і пов'язаного зі шкалою, відградурованою в dВ.

Найбільше вживання отримали наступні змінні механічно керовані атенюатори:

1) у вигляді поглинаючої пластини у відрізку прямокутного хвилеводу, розташованої паралельно вузьким стінкам з можливістю переміщення до центру хвилеводу (рис. 1.25);

Рис. 1.25 Рис. 1.26

2) у вигляді поглинаючої пластини у відрізку прямокутного (коаксіального) хвилеводу, що змінює глибину свого занурення в хвилевід через невипромінюючу щілину по центру широкої стінки прямокутного хвилеводу (рис.1.26) (через зовнішній провідник коаксіального відрізку хвилеводу) - атенюатори ножового типу;

3) у вигляді поглинаючої пластини у відрізку круглого хвилеводу, що повертається навколо своєї осі – поляризаційні атенюатори (рис.1.27).

Рис. 1.27

Рис. 1.28

Для розуміння механізму варіювання ослабленням ЕМХ в атенюаторах перших двох типів необхідно пам'ятати розподіл поля основної хвилі по широкій стінці прямокутного хвилеводу (див. рис. 1.28.б, на якому приблизно показаний процес проходження хвилі у відрізку прямокутного хвилеводу з поглинаючою пластиною, розташованою паралельно вузьким стінкам). Як видно з рисунків 1.26, 1.27 і 1.28, тонка діелектрична пластина, покрита шаром поглинаючого матеріалу (графіт, шар металу, товщина якого менша

глибини проникнення, і т. д.) розміщена паралельно лініям електричного поля. Під впливом поля в поглинаючому шарі виникає струм провідності, що і приводить до загасання хвилі, що поширюється. Оскільки амплітуда вектора Е хвилі Н₁₀ змінюється уздовж широкої стінки, то переміщуючи пластину у цьому напрямку, можна в широких межах змінювати величину загасання L, що вноситься. Максимальне L виходить при розташуванні пластини в центрі широкої стінки, мінімальне - поблизу вузької. При цьому для зменшення початкового ослаблення поглинаючий шар наноситься на поверхню, найближчу до бічної стінки.

Для зменшення віддзеркалень кінці пластини загострюють. При фіксованому положенні пластини величина L залежить від її довжини, параметрів діелектрика і властивостей поглинаючого матеріалу.

Атенюатори ножового типу (рис.1.26) мають перевагу у тому, що дозволяють отримати нульове ослаблення при повному виведенні пластини з хвилеводу. Ослаблення таких атенюаторів до 30-40 дБ,

Загальний недолік: не можуть поглинати великий рівень потужності через відсутність примусового охолоджування поглинача. Також до недоліків можна віднести:

- залежність L від частоти;

- зміна фазового зрушення, що отримується хвилею при її поширенні з входу на вихід, при зміні загасання, що вноситься, оскільки переміщення пластини викликане зміною фазової швидкості хвилі, що поширюється;

- зміна згасання, що вноситься, з часом через старіння матеріалів.

Як видно з рис.1.27 поляризаційний атенюатор складається з трьох хвилевідних секцій. Крайні секції виконані у вигляді плавного переходу від прямокутного хвилеводу до круглого і здійснюють трансформацію структури поля основної хвилі прямокутного хвилеводу Н₁₀ в структуру поля основної хвилі круглого Н₁₁ і навпаки. Всередині кожної секції встановлена поглинаюча пластина, причому в крайніх секціях посередині перетину

і паралельно широким стінкам. Середня секція, що виконана у вигляді відрізку круглого хвилеводу, може повертатися разом з поглинаючою пластиною довкола подовжньої осі.

Принцип дії атенюатора основано на зміні ступіні поглинання ЕМХ при зміні кута поглинаючої пластини відносно структури поля основної хвилі в другій і третій секціях. У першій секції хвиля Н₁₀ проходить без ослаблення, оскільки її вектор Е перпендикулярний

поглинаючій пластині. Якщо поглинаюча пластина у відрізку круглого хвилеводу орієнтована паралельно поглинаючим пластинам крайніх секцій, то атенюатор практично не ослаблює ЕМХ. При повороті середньої секції, коли розташована в ній поглинаюча пластина утворює з пластинами крайніх секцій кут , складова поля, паралельна пластині , поглинається, а друга складова , перпендикулярна поглинаючій пластині, проходить без ослаблення у бік третьої секції, де вона виявляється орієнтованою під кутом до поглинаючої пластини третьої секції.

У свою чергу, складова Е₂ в третій секції розкладається на дві складові:

- паралельну пластині та

- перпендикулярну їй.

Складова поглинається в третій секції, а на вихід атенюатора проходить складова

Таким чином, згасання, що вноситься поляризаційним атенюатором, залежить лише від кута повороту поглинаючої пластини в середній секції.