[S] =

Sjl Si2

LS21 S22

(7.6)

1S = Sii S22 - S12 = -Таа/Гц. Элементы волновых матриц имеют вполне определенный физический смысл. Элемент 7n.=ai/bi является коэффициентам передач;и четырехполюсника, агру-женного на волновые сшропивления Zi и Z плеч четырехполюсника (ряс. 7.3), Sii = bi/ai - коэффициент отражения во входной линии в случае прямого направления передач.и (слева направо), Szi=l/Tii=bzlai - обратная велинина коэффициента передачи при прямом направлен.ии передачи энергии, Si2=i6i/a2 - обратная величина коэффициента передачи при обрал-ном направлении передачи энергии (справа налево), 522=b2/a2 - коэффициент отражения в выходной линии при работе входной линии на согласованную нагрузку и обратном направлении передачи.

Рассмотрим основные свойспва взаимных четырехполюсников. Четырехполюсник является взаимным устройством в тех случаях, когда изменение на-цравления движения фолны не меняет всличин коэффициентов передачи:

Si2 = S21

ИЛИ (7.7)

lS] = lS]t.

где [S] t - транспонированная матрица [S].

В случае реактивных четыреяполюсниетв, у которых активные потери энергии цренебрежимо малы, матрвда рассеяния подчиняется условию унитарности

[S][S]i = [l]. (7.8)

где [S]t-матрица, эрмитово сопряженная с матрицей [S]; [1]-единичная матрица.

Для взаимного четырехполюсника без потерь из (7.8) получим следующую систему уравнений:

Slll-f Sl2l=l S2ll-f IS22l= I S*U S21 -f S*12 S22 = 0

В которой первое и второе уравнения являются, по существу, условиями баланса мощности соответственно при прямой и обратной передаче энергии.

Взаимный четырехполюсник называется симметричным, если он может быть разделен относительно оси на два зеркально отображающих друг друга четы-рех!полЮ1СЯнка.

Цри расчете, как правило, любой СВЧ четырехполюсник сложной структуры может быть представлен каскадным соединением элементарных четырехполюсников с известными матрицами передачи. Результирующая .матрица передачи каюкадного соединения п четырехполюсников равна произведению .матриц передачи составляющих четырехполюсников, причем перемножение матриц ведется по направлению передачи энергии в цепочке четырехполюсников ;(от генератора к нагрузке).

(7.9)

7.3. ВОЛНОВОДНЫЕ НАГРУЗКИ

Устройство, частично или полностью поглощающее или отражающее подводимую к нему высокочастотную мощность, называется СВЧ нагрузкой и характеризуется Кст, фазой коэффициента отражения, рабочим диапазоном частот, допустимой мощностью рассеяния, а также геометрическими размерами, типом и волновым сопротивлением волноводного тракта.

1од рабочим диапазоном частот здесь и далее будем понимать интервал частот, в котором заданные параметры и характеристики СВЧ устройств сохраняются в установленных пределах.

Нагрузка СВЧ, у которой Кст меньше или равен заданному значению, близкому к единице, называется согласованной.

Нагрузки применяются в качестве эквивалентов антенн, в переключателях и циркуляторах, в балансных смесителях и делителях мощности, в направленных ответвителях и СВЧ мостах и для многих других целей.

Для указанных областей применения нагрузок необходимо, чтобы их Кст в рабочей полосе частот не превышал 1,02 ... 1,05 и не изменялся в зависимости от температуры, влажности и старения.

В зависимости от величины поглощаемой мощности обычно различают нагрузки высокого уровня мошности (от десятков ватт и выше) и нагрузки низкого уровня мошности (до десятков ватт).

Волноводные нагрузки низкого уровня мощности представляют собой, как правило, отрезки короткозамкнутых волноводов с помещенными внутрь поглотителями (СВЧ резисторами). В поглотителях происходит преобразование электромагнитной энергии в тепло. В СВЧ диапазоне такое преобразование может происходить на поверхности проводника за счет токов проводимости и в толще диэлектрика с большими потерями. В соответствии с этим резисторы бывают двух типов - пленочные и объемные.

Поглотитель на основе пленочного резистора представляет собой диэлектрическую пластину (например, из гетинакса, керамики, слюды), покрытую тонким слоем проводящего материала. В качестве последнего используют нихром, платину и другие материалы, наносимые способом распыления металла в вакууме, причем толщина пленки делается меньше глубины проникновения тока в металл. С целью защиты от воздействия окружающей среды пленку можно покрыть тонким слоем лака. Необходимо отметить, что нихромовая пленка отличается высокой стабильностью электрического сопротивления на протяжении длительного времени эксплуатации и при изменении в широких пределах окружающей температуры.

Используемые на практике пленочные резисторы имеют поверхностное сопротивление поглощающего слоя Rs в пределах 100-400 Ом/П.

Уменьшение отражений от пластины достигается приданием ей специальной клиновидной формы (рис. 7.4). Длина клина берется,

как правило, больше половины длины волны в волноводе. Для получения максимального поглощения пластина устанавливается в волновод параллельно вектору Е поглощаемой волны, что и обусловливает наличие в поглощающем слое токов проводимости.

Для получения Кст нзгрузки, не превышающего 1,05, затухание электромагнитных волн в поглотителе должно быть не менее 23 дБ. Обеспечение заданной величины затухания осуществляется с помощью нескольких параллельных пластин (см. рис. 7.4).

Повлощающие тасташ

2отв. 0 5,3

It:,

Рис. 7.4. Согласованяая волноводная эгрузка с поверхностным поглотителем: а - эиюиз конструнцни; б - ковструнция поглощающей пластины

В качестве твердых объемных поглотителей используются смеси полупроводящих окислов или мелкодисперсного карбонильного железа с твердеющими наполнителями (полистирол, эпоксидная смола) [24], а также различные керамики с примесью проводящих или полупроводящих веществ, например алюмооксидная керамика и др.

На рис. 7.5 приведена конструкция волноводной нагрузки с объемным поглотителем, выполненным из ферроэпоксида. Интервал рабочих температур такой нагрузки от -60 до -М50°С. Малая длина поглощающего клина достигается благодаря использованию экспоненциального профиля клина в плоскости Е. Расчет