Волноводные переходы позволяют разделять, выделять или комбинировать энергию — существуют различные типы, включая E-Type, H-Type, Magic T, Hybrid Ring.
Волноводные переходы используются для разделения, объединения или извлечения мощности в волноводе. Существует ряд различных типов волноводных переходов, которые можно использовать, каждый тип имеет разные свойства — разные типы волноводных переходов по-разному влияют на энергию, содержащуюся в волноводе. Распространенные типы волноводных переходов включают переходы E-типа, H-типа, Magic T и Hybrid Ring. Различные формы волноводного перехода имеют разные свойства, а это означает, что они применимы для разных приложений. Понимание их различных свойств позволяет выбрать правильный тип.
Типы волноводных переходов
Ниже перечислены основные типы волноводных переходов:
- Т-переход E-типа: волноводный переход E-типа получил свое название, потому что вершина буквы «Т» простирается от основного волновода в той же плоскости, что и электрическое поле в волноводе.
- Т-образный переход Н-типа: Волноводный переход Н-типа получил свое название, потому что вершина буквы «Т» в Т-переходе параллельна плоскости магнитного поля, Н-линиям в волноводе.
- Волшебный Т-образный переход: Волшебный Т-образный волноводный переход фактически представляет собой комбинацию волноводных переходов Е-типа и Н-типа.
- Гибридное кольцевое волноводное соединение: это еще одна форма волноводного соединения, более сложная, чем базовое волноводное соединение Е-типа или Н-типа. Он широко используется в радиолокационной системе в качестве дуплексера.
Волноводный переход E-типа
Он называется Т-образным переходом Е-типа, потому что плечо перехода, т. е. вершина Т-образного перехода, простирается от основного волновода в том же направлении, что и поле Е. Он характеризуется тем, что выходы этой формы волноводного перехода сдвинуты по фазе друг с другом на 180°.
Базовая конструкция волновода представляет собой трехпортовое волноводное устройство. Хотя можно предположить, что вход — это единственный порт, а два выхода — те, что в верхней части буквы «Т», на самом деле любой порт может использоваться в качестве входа, а два других — выходы. Чтобы увидеть, как работает волноводный переход и как происходит фазовый сдвиг на 180°, необходимо посмотреть на электрическое поле. Магнитное поле на диаграмме для простоты не показано.
По электрическому полю видно, что при приближении к самому Т-переходу силовые линии электрического поля искажаются и изгибаются. Они разделяются так, что «положительный» конец линии остается с верхней стороной правой части диаграммы, а «отрицательный» конец линий поля остается с верхней стороной левой части. Таким образом, сигналы, появляющиеся в любой части буквы «Т», не совпадают по фазе. Эти фазовые соотношения сохраняются, если сигналы поступают с любого из других портов.
Волноводный переход H-типа
Этот тип волноводного перехода называется Т-образным переходом Н-типа, потому что длинная ось главной вершины Т-образного плеча параллельна плоскости магнитных силовых линий в волноводе. Он характеризуется тем, что два выхода из вершины Т-образного сечения волновода находятся в фазе друг с другом.
Чтобы увидеть, как работает волноводный переход, на диаграмме ниже показаны линии электрического поля. Как и на предыдущей диаграмме, показаны только линии электрического поля. Линии электрического поля показаны с использованием традиционных обозначений — крестом обозначена линия, выходящая из экрана, а точкой — линия электрического поля, входящая в экран.
Из диаграммы видно, что сигналы на всех портах находятся в фазе. Хотя проще всего рассматривать сигналы, поступающие из нижней части буквы «Т», на самом деле можно использовать любой порт — фазовые соотношения сохраняются независимо от того, какой входной порт используется.
Гибридный волноводный переход Magic T
Magic-T представляет собой комбинацию Т-образных переходов H-типа и E-типа. Наиболее распространенное применение этого типа соединения — это смесительная секция для приемников микроволновых радаров.
На приведенной выше схеме показана упрощенная версия волновода Magic T с четырьмя портами. Чтобы посмотреть на работу волноводного соединения Magic T, возьмем пример, когда сигнал подается в плечо «E-плоскости». Он разделится на две противофазные составляющие при переходе в ветвь, состоящую из плеч «а» и «b». Однако в плечо «плоскость Е» сигнал не попадет из-за того, что там существует нулевой потенциал — это происходит из-за условий, необходимых для создания сигналов в плечах «а» и «б». Таким образом, когда сигнал подается на плечо плоскости H, на плече «плоскость E» сигнал не появляется, а два сигнала, появляющиеся на плечах «a» и «b», сдвинуты по фазе друг с другом на 180°.
Когда сигнал поступает в плечо «a» или «b» волшебного t-перехода волновода, тогда сигнал появляется в портах плоскости E и H, но не в другом плече «b» или «a», как показано. Одним из недостатков волноводного перехода Magic-T является то, что отражения возникают из-за несоответствий импеданса, которые естественным образом возникают внутри него. Эти отражения не только приводят к потерям мощности, но и в точках пикового напряжения могут вызывать искрение при использовании с передатчиками высокой мощности. Отражения можно уменьшить, используя методы согласования. Обычно стойки или винты используются в портах E-plane и H-plane. Эти решения улучшают согласование импеданса и, следовательно, отражения, но при этом снижается допустимая мощность.
Гибридный кольцевой волноводный переход
Эта форма волноводного перехода преодолевает ограничение мощности волноводного перехода magic-T. Гибридный кольцевой волноводный переход является дальнейшим развитием магического Т. Он построен из круглого кольца прямоугольного волновода — немного похоже на кольцо. Затем порты соединяются с кольцевым пространством в необходимых точках. Опять же, если сигнал поступает на один порт, то на всех остальных он не появляется. Соединение может обеспечить высокий уровень изоляции, хотя точные значения следует проверять в спецификациях для конкретного рассматриваемого соединения. Гибридное кольцо используется в основном в мощных радарах и системах связи, где оно действует как дуплексер, позволяя использовать одну и ту же антенну для функций передачи и приема. В течение периода передачи соединение направляет микроволновую энергию от передатчика к антенне, блокируя энергию на входе приемника. Затем, когда начинается цикл приема, переход гибридного кольцевого волновода передает энергию от антенны к приемнику. В течение этого периода он предотвращает попадание энергии в передатчик. Волноводные переходы являются важным типом конфигурации, позволяющей разделять и комбинировать мощность различными способами. Они значительно упрощают многие системы, и хотя многие из них довольно дороги, они обеспечивают высокоэффективный метод выполнения своих функций.