Трансформатор СВЧ

Трансформатор СВЧ, трансформатор полного сопротивления, устройство для преобразования полного электрического сопротивления СВЧ(сверхвысокие частоты) линии передачи (полого или диэлектрического радиоволновода, коаксиальной длинной линии, полосковой линии) с целью согласования её с нагрузкой либо, наоборот, для получения требуемого их рассогласования. Применяется в сверхвысоких частот технике. К Т. СВЧ(сверхвысокие частоты) относят также устройства для преобразования типов волн в радиоволноводах.

  Согласующее (рассогласующее) действие Т. в большинстве его конструкций основано на использовании трансформирующих свойств отрезков линии передачи, в которых имеются неоднородности. Последние вызывают отражения (возмущения) волн, что приводит к изменению эквивалентных активного и (или) реактивного сопротивлений соответствующего участка линии передачи. Для создания неоднородностей применяют штыри, диафрагмы, короткозамкнутые шлейфы, диэлектрические втулки, стыки радиоволноводов, имеющих различные размеры поперечного сечения, и т.д.

  В общем случае Т. можно рассматривать как пассивный линейный четырехполюсник с распределёнными параметрами, обладающий пренебрежимо малыми потерями, вход которого подключен к генератору (источнику СВЧ(сверхвысокие частоты) энергии), а выход — к нагрузке. Входное сопротивление Z_вх такого четырехполюсника зависит от волнового сопротивления r отрезка волновода (линии), его длины l, рабочей длины волны в волноводе l и полного сопротивления нагрузки Z_н. Варьируя эти величины, получают необходимую трансформацию полного сопротивления. Например, если l = , то Z_вх = r²/Z_н; в случае чисто активной нагрузки Z_вх = R_вх = r²/ R_н тоже чисто активное. Такой — так называемый четвертьволновый — Т. (рис. 1, а, б) применяют для согласования двух линий с разными r. Если величина согласуемой нагрузки изменяется в широких пределах, используют короткозамкнутые шлейфы (Z_н = 0, Z_вх = jrtg2p/l), длину которых регулируют, например, при помощи поршня. Существуют 1-, 2- и 3-шлейфовые Т. (рис. 1, б). Вместо шлейфов нередко применяют так называемые реактивные штыри (рис. 2), диэлектрические втулки (рис. 1, г), диафрагмы. Распространены Т., выполненные на основе двойного тройника с замкнутыми накоротко Е- и Н-плечами (рис. 1, д).

  Степень согласования при помощи Т. характеризуется величиной коэффициента стоячей волны (КСВ). Как правило, согласование считают удовлетворительным, если КСВ ~1,2—1,3 (при проведении точных измерений 1,05—1,1). Существуют Т. с фиксированными параметрами и настраиваемые. Настройка Т. обычно производится по максимуму мощности, поступающей в нагрузку (точную настройку осуществляют с применением измерительной линии или панорамного измерителя КСВ). Различают Т. узкополосные (у которых при перестройке КСВ остаётся ниже заданного уровня в полосе частот шириной не свыше 1% от средней частоты) и широкополосные (5—10% и более).

  Т. СВЧ(сверхвысокие частоты) для преобразования типов волн выполняют в виде согласованных (КСВ £ 1,2) переходов — коаксиально-волноводных, полосково-волноводных, волноводно-волноводных. Основной элементы таких Т. — возбудители волн определённых типов (металлические штыри, щели, решётки различной конфигурации) и устройства для подавления волн нежелательных типов (плавные протяжённые переходы, поглотители, фильтры и т.п.).

  Лит.: Лебедев И. В., Техника и приборы СВЧ(сверхвысокие частоты), 2 изд., т. 1, М., 1970; Валитов Р. А., Сретенский В. Н., Радиотехнические измерения, М., 1970.

  В. Н. Сретенский.

Рис. 2. Внешний вид трёхштыревого волноводного трансформатора: 1 — волновод; 2 — головки микрометрических винтов для регулирования глубины погружения штырей в волновод; 3 — соединительные фланцы.

Рис. 1. Трансформаторы СВЧ(сверхвысокие частоты): четвертьволновые с фиксированным сопротивлением — коаксиальный (а) и волноводный (б); перестраиваемые — коаксиальный двухшлейфовый (в), коаксиальный с диэлектрическими втулками (г); волноводный на основе двойного тройника (д); 1, 2 — перемещаемые поршни; 3, 4 — перемещаемые диэлектрические втулки; 5 — Н-плечо; 6 — вход трансформатора; 7 — Е-плечо; 8 — вход трансформатора; D — диаметр наружного проводника коаксиальной линии; d₁, d₂ и d — диаметры внутреннего проводника коаксиальной линии соответственно со стороны генератора, нагрузки и на трансформаторном участке; b₁, b₂ и b — размеры меньшей стороны поперечного сечения прямоугольного волновода соответсвенно со стороны генератора, нагрузки и на трансформаторном участке; l — расстояние между центрами диэлектрических втулок; l — рабочая длина волны в линии; e — диэлектрическая проницаемость; пунктирными прямоугольниками отмечено положение перемещаемых поршней в Е- и Н- плечах тройника.