Простые и дроссельно-фланцевые волноводные соединения

Простое (контактное) соединение волноводов представлено на рис.2.3. В этой конструкции соединяемые отрезки волноводов 1 плотно прижимаются друг к другу при помощи плоских фланцев 2, припаянных к волноводам, которые стягиваются винтами или струбцинами (в том случае, если в соответствии с назначением предполагается частая разборка и сборка соединения). При этом поверхности фланцев должны быть плотно и точно подогнаны друг к другу, так как неточность подгонки и несовершенство контакта между фланцами вызывает потери энергии и создает опасность электрического пробоя.

Рис. 3

Дроссельно-фланцевое соединение по сравнению с контактным соединением является более надежным в эксплуатации (рис.2.4). Оно содержит дроссельный 2 и гладкий 3 фланцы, припаянные к соединяемым волноводам 1. Дроссельный фланец отличается от гладкого тем, что содержит полуволновый короткозамкнутый шлейф abc, образованный кольцевой канавкой ab, глубиной λ/4 и зазором bс между фланцами, длина которого тоже равна λ/4.

Рис. 4

Продольный ток проводимости волны Н₁₀ в зазоре 4 преобразуется в ток смещения, который возбуждает Т-волну в зазоре и волну Н₁₁ в канавке. Это объясняется тем, что радиальная линия образована параллельными плоскостями фланцев, что благоприятно для возбуждения Т-волны, канавка же формирует коаксиальную линию с соотношением диаметров проводов, позволяющим возбуждаться волнам Е- или Н-типа. Из них в данном случае образуется волна Н₁₁, так как структуре этой волны близок продольный ток волны Н₁₀ в волноводе.

Принцип действия дроссельно-фланцевого соединения волноводов основан на свойстве трансформации сопротивлений четвертьволновыми отрезками ЛП (рис.2.5). Согласно этому свойству, нулевое сопротивление в точке а трансформируется четвертьволновой линией ab (канавкой) в большое сопротивление в точке b.Затем это большое сопротивление четвертьволновым отрезком bc (зазором) трансформируется в нулевое сопротивление в точке с. Тем самым устраняется зазор 4 по току СВЧ между соединяемыми волноводами. При этом качество гальванического контакта между фланцами 2 и 3 в точке b значения не имеет. Однако если фланцы 2 и 3 (рис.2.4) установлены недостаточно точно, то возрастает отражение от соединения и уменьшается полоса пропускания. От этого недостатка свободны дроссельно-фланцевые соединения с неполной выточкой, т.е. в области концентрации электрического поля волны Н₁₁ в канавке. Полоса пропускания такого соединения достигает 17…20% от центральной частоты [5].

Сопротивление в точке короткого замыкания ЛП Z = 0, а ток бесконечно большой. Это нулевое сопротивление четвертьволновым отрезком ЛП преобразуется в бесконечно большое сопротивление, а ток стремится к нулю. Затем бесконечно большое сопротивление трансформируется следующим четвертьволновым отрезком ЛП в нулевое сопротивление на входе, а ток при этом возрастает до бесконечности. Таким образом, входное сопротивление полуволнового короткозамкнутого отрезка ЛП Z = 0.

Рис.5

Следует заметить, что расстояние в четверть длины волны между внутренней поверхностью волновода и кольцевой канавкой выдерживается только по отношению к середине широкой стороны поперечного сечения волновода. Однако это не вызывает больших потерь для дроссельно-фланцевых соединений с неполной проточкой канавки, так как напряженность электрического поля волны Н₁₀ в прямоугольном волноводе уменьшается от середины к краям широкой стороны его поперечного сечения.