Порушення хвиль в хвилеводі можна здійснити за допомогою пристрою, що створює в деякому перетині хвилеводу змінне електричне або магнітне поле, що збігається по конфігурації силових ліній з полем хвилі необхідного виду. Порушення хвиль відбувається також при створенні в стінках хвилеводу СВЧ струмів, що збігаються з струмами хвилі бажаного типу. Відразу обмовимося, що будь-який пристрій, що служить для збудження хвиль, з таким же успіхом може використовуватися для їх прийому.
з найбільш складних завдань при проектуванні мікрохвильових систем, особливо великої потужності. Будь-які неоднорідності в тракті, до числа яких відносяться і елементи збудження, і сама навантаження, здатні привести до відбиття потужності назад до генератора. Крім того, що це знижує вихідну потужність і ККД системи, відображена енергія несприятливо впливає на генератор і при великому неузгодженості може вивести його з ладу.
Зазвичай, енергія від генератора надходить по коаксіальної лінії. Підключення її до волноводу здійснюється або у вигляді магнітної петлі зв'язку, або у вигляді електричного штиря (рис. 1.8).
Мал. 1.8. Ємнісний (а) і індуктивний (б) способи
збудження хвилеводу
Магнітна петля зв'язку, як правило, розташовується в місці, де магнітне поле найбільш сильно, причому її площину перпендикулярна магнітним силовим лініям. Подібний вид зв'язку, зокрема, використовується всередині магнетрона для відбору енергії від його, коливальні системи.
Електричний штир розміщується в максимумі електричного поля, уздовж його силових ліній. У багатьох випадках штирем служить продовження внутрішнього проводу коаксіальної лінії або висновок енергії генераторного приладу. Такий тип порушення використовується в більшості мікрохвильових печей. Зазвичай в них потужність від магнетрона потрапляє в робочу камеру через невеликий відрізок прямокутного хвилеводу. Виявляється, простіше узгодити магнетрон з хвилеводом, а потім хвилевід з робочою камерою, ніж безпосередньо магнетрон з камерою.
Порушення хвилеводу не такий простий питання, як може здатися на перший погляд. Найбільші труднощі виникають при узгодженні, в мікрохвильових печах особливо, оскільки навантаження в цьому випадку може змінюватися в широких межах. Практично неможливо узгодити магнетрон з робочою камерою таким чином, щоб і при максимальному завантаженні печі і при практично порожній камері відображена потужність перебувала в допустимих межах (не більше 25 - 30%). Тому у всіх довідниках до мікрохвильових печей обмовляється мінімальна завантаження камери (близько 200 г). Аналогічні труднощі виникають при спробі заміни магнетрона одного типу на інший, навіть якщо основні електричні параметри у них практично однакові. Якщо є відмінності в геометричних розмірах виведення енергії, можуть виникнути проблеми, непередбачені для непосвячених. Для присвячених проблеми залишаться, але статус їх зміниться. Вони стануть очікуваними і в багатьох випадках усуненими. Розглянемо більш детально збудження електромагнітних хвиль в хвилеводі. Типова конструкція підключення магнетронного генератора до волноводу показана на рис. 1.9а.
Висновок енергії магнетрона за своєю суттю - це антена у вигляді електричного штиря, що є продовженням внутрішньої жили коаксіального хвилеводу. Прямокутний хвилевід з одного боку закорочен металевої стінкою, розташованої на відстані приблизно в чверть довжини хвилі. Розміри штиря і відстань до коротко замикає стінки є ключовими при узгодженні генератора з хвилеводом. Відомо, що оптимальна довжина антени у вільному просторі дорівнює Х / 4. У нашому випадку це трохи більше 3 см. Довжина антени в волноводе повинна бути трохи нижче цього значення, оскільки електрична ємність, утворена верхньою кришкою хвилеводу і торцем антени, збільшує ефективну довжину останньої. Іншими словами, збільшення торцевої ємності антени еквівалентно деякого збільшення її довжини. Останній варіант менш кращий, оскільки, по-перше, створює у вістря антени
високу напруженість поля, що може привести до електричних пробоїв, по-друге, збільшує локальний розігрів антени і, нарешті, вимагає більшої висоти хвилеводу. Зазвичай висновок магнетрона закінчується мідним ковпачком шириною близько 1,5 см. Це збільшує торцеву ємність, тому довжина антени може бути трохи нижче ніж Х / 4. Форма і розміри ковпачків, а також довжина антени у різних магнетронів можуть відрізнятися один від одного. Це пов'язано з тим, що кожен магнетрон розрахований на роботу з хвилеводом певних розмірів. Тому при заміні магнетронів важливо це враховувати і намагатися підбирати заміну не тільки відповідно до електричними параметрами, але і з однаковими висновками енергії.
Тепер розглянемо, яке значення має відстань L між торцевою стінкою хвилеводу і висновком енергії магнетрона. Як було сказано раніше, це відстань приблизно дорівнює Х / 4. Спочатку, для простоти, припустимо, що висновок енергії не порушує структуру поля в хвилеводі. Відповідно до граничних умов електричне поле розподілиться в волноводе по синусоїді. Штир магнетрона буде випромінювати електромагнітні хвилі в усіх напрямках. Назвемо хвилю, що рухається в потрібному напрямку, тобто до навантаження, - прямий хвилею, а хвилю, що рухається в протилежному від бажаного напрямку - зворотною. Зворотній хвиля після дзеркального відображення від металевої стінки змінить свою фазу на 180 °. Оскільки на її руху до стінки і назад піде половина періоду, або ще 180 °, то в той момент1, коли відбита хвиля досягне штиря, її фаза, зробивши повний оборот на 360 ° буде такою ж, як і у прямій хвилі. Тому вони складуться і з подвоєною потужністю кинуться в
камеру мікрохвильової печі. 
Мал. 1.9. Підключення магнетрона до волноводу (а) і розподіл напруженості електричного поля в хвилеводі (б)
Тепер припустимо, що відстань L буде не Х / 4, а Х / 2. В цьому випадку відбита від стінки хвиля, повернувшись до штиря, виявиться в протифазі з прямою. Ці хвилі взаємно знищаться, поширення енергії вздовж потрібного напрямку не відбудеться, і пиріжки в камері залишаться холодними. Але, ніщо не зникає безслідно, не зумівши пробитися в камеру, мікрохвильова енергія відправиться назад в магнетрон.
Ми розглянули два крайніх випадку - найкращий і найгірший. Будь-яке інше розташування штиря дасть проміжний результат, тобто частина енергії піде на нагрівання пиріжків, а частина - на нагрів магнетрона.
У наших міркуваннях ми припускали, що штир не змінює структуру поля. Однак, це далеко не так. Вноситься штирем ємність порушує синусоїдальну форму розподілу електричного поля поблизу нього. Поле буде концентруватися в основному усередині цієї ємності, і ідеальна синусоїда трансформується в реальну картинку на рис. 1.96.
Тепер перейдемо до практичних висновків, які випливають з попереднього матеріалу. Якщо при заміні магнетрона відбувається зміна ємності, через більшу або, навпаки, меншої довжини виведення енергії, то неминуче станеться неузгодженість, наслідком якого може виявитися перегрів магнетрона і слабкий нагрів в камері мікрохвильової печі. В принципі, в деяких випадках це можна усунути. Наприклад, змінивши ємність або змістивши магнетрон щодо торцевої стіни. Але краще цього не робити, оскільки результат подібних дій без спеціального обладнання важко відстежити, а заздалегідь обчислити необхідні корективи практично неможливо. Найпростіший і надійний спосіб - це підібрати новий магнетрон з такою ж висотою виведення енергії, як і у старого.
1
| 2 | 3 | 4 | 5 |
