Применение круговых диаграмм полных сопротивлений при расчётах параметров СВЧ тракта, страница 2

Измерили КБВ .Найти сопротивление неоднородности при известныхи Zв .Пример 1.При включении неоднородности узел сместился относительно егоположения при коротком замыкании е сторону генератора на величинуРешение.Так как кривые сопротивления вдоль линии периодичны с периодом, то сопротивление неоднородности равно сопротивлению линии в любойточке, отстоящей от конца линии на целое число полуволн, т.е. равносопротивлению линии в любой точке, соответствующей положению узла прикоротком замыкании. Поворачиваем вращающийся указатель диаграммыпротив часовой стрелки (к нагрузке) на угол, соответствующий расстояниюl = 0,06 . Нормированное сопротивление неоднородности определим какточку пересечения стрелки указателя с окружностью КБВ = 0,4 .

оно равно. умножаяна Zв, находим Zн .Ответ:Zн = (40 - j32) Ом.Пример 2.При включении неоднородности узел сдвинулся относительно егоположения при коротком замыкании в сторону неоднородности(нагрузки) навеличину, КБВ = 0,2. Найти нормированное сопротивлениенеоднородности.Решение.Поворачиваем указатель по часовой стрелке (к генератору) на угол,соответствующий расстоянию= 0,076 .находим точку пересечениястрелки указателя с окружностью КБВ = 0,2.Ответ :=0,25 + j0,5103. Расчет параметров согласующих устройствОбеспечение согласования в линиях передачи является одной изнаиболее распространенных и важных задач в технике СВЧ. Самымэффективным методом согласования сопротивления нагрузкис волновым сопротивлением линии является метод реактивныхкомпенсирующих неоднородностей.

Сущность этого метода заключается вследующем. Чтобы получить согласованный режим работы линии, т.е.устранить отраженную волну, в линию передачи около нагрузки включаютсогласующий реактивный элемент, который создает свою отраженную волну.Значение реактивного сопротивления (проводимости) согласующегоэлемента и местоположение этого элемента в линии можно подобрать так,что обе отраженные волны (от нагрузки и от согласующего элемента) будутиметь одинаковые амплитуды и противоположные фазы и потому погасятдруг друга. В линии от генератора до места включения согласующегоэлемента будет существовать только бегущая волна.

Другими словами,сопротивление нагрузки будет трансформировано согласующим элементом ксопротивлению, равному волновому сопротивлению линии [5,6]Сущность метода согласования при использовании реактивныхкомпенсирующих неоднородностей можно таете объяснить, пользуясьпонятиями эквивалентных сопротивлений и проводимостей. При заданнойнагрузке вдоль линии устанавливается 'определенное распределениеэлектрического и магнитного полей, а это эквивалентно распределениюнапряжений и токов. Зная величину тока и напряжения в каждой точкелинии, нетрудно определить эквивалентную проводимость в любой точке(рис.5), как видно из выраженияпоясняемого рис.5, в линии на протяжении одной полуволны существуют две точки (сечения 1 и 2), где активная составляющая эквивалентнойпроводимости равна, а реактивная составляющаяимеет некоторое определенное значение В.В точке 1 эквивалентное сопротивление линии носит емкостныйхарактер, а в точке 2 - индуктивный.

Включим в сечении 1 параллельно11линии индуктивное сопротивление, равное по значению эквивалентномуемкостному сопротивлению линии в этой точке.Рис.5Тогда суммарная проводимость будет чисто активной и равнойСледовательно, линия согласована на участке от точки включениясогласующей реактивности до генератора. Аналогично можно добитьсясогласования и в точке 2, где согласующим элементом будет уже емкость.Определение основных параметров согласующих устройств - значениясопротивления (проводимости) и места включения в линии - существеннооблегчится при использовании круговых диаграмм полных сопротивлений.Задача 1.Задано сопротивление нагрузки.Найти значение и место включения в линию индуктивного сопротивления для получения в линии режима бегущей волны.12Решение1. Найти на диаграмме точку, соответствующую сопротивлению нагрузки2. Найти значение,для чего повернуть вращающийсяуказатель от точкина 180°.3.

Для нахождения точки линии, в которой активная составляющаяпроводимости линии, а реактивная составляющая проводимостиположительна (поскольку согласующий элемент - индуктивность),определить точку пересечения окружности КБВ, на которой находятсянайденные точки и , с правой половиком окружности r = 1 (g = 4).Определить угол, на который пришлось повернуть указатель, чтобы попастьв эту точку от точки .4. Найденная точка определяет проводимость линии в месте включениясогласующего элемента5. Проводимость элемента настройки равна6. Сопротивление элемента настройки равно7. Расстояние, соответствующее углу, определенному в п.3, равнорасстоянию,от точки, в которой был узел при коротком замыкании, доточки, в которой надо параллельно подключить индуктивное сопротивлениедля настройки линии в режим бегущей волны.

При этом, если приопределении расстоянияв п.3 указатель диаграммы поворачивался почасовой стрелке (в сторону генератора), то искомая точка находится нарасстоянии , от узла при коротком замыкании в сторону генератора (или нарасстоянии, в сторону от нагрузки). Если указатель поворачивался13против часовой стрелки (в сторону нагрузки), то искомая точка находится нарасстоянииот узла при коротком замыкании в сторону нагрузки (или нарасстоянии, в сторону генератора).Пример.ДаноНайти.Решение1. Находим. Соответствующая точка на диаграммележит на окружности КБВ =0,3 (точка А на рис.6).2.

Поворачивая указатель на 180°, находим точку= (точкаB на рис.6). При этом указатель проходит через отметку 0,046 на внешнейокружности диаграммы.3. Находим пересечение окружности КБВ = 0,3 с правой половинойокружности r=g=1 (-точка С на рис.6).4. Найденная точка пересечения определяет проводимость линии в местевключения согласующего элементаУказатель диаграммы,проходящий через эту точку, пересекает внешнюю окружность диаграммы вточке с отметкой 0,17.5. Сопротивление индуктивного согласующего элемента должно быть равно6. Расстояние ^V в сторону генератора от точки, соответствующей узлу прикоротком замыкании, до места включения .согласующего элемента равно14Рис. 6Задача 2.Задано сопротивление нагрузкии волновое сопротивление линииНайти значение и место параллельного включения емкостногосопротивления для получения в линии режима бегущей волны.Решение.Задача решается так же, как предыдущая.

Отличие состоит в том, что вданном случае ищется пересечение соответствующей окружности КБВ=constс левой половиной окружности 1-1 .Одним из наиболее часто используемых согласующих устройствявляются шлейфы. Принцип согласования сопротивлений при помощишлейфового трансформатора полных сопротивлений аналогичен описанномувыше. По заданному сопротивлению нагрузкии волновомусопротивлению линии необходимо определить место включения L шлейфа идлину шлейфа(рис. 7, 8).

В диапазоне СВЧ и связи с трудностьюсоздания режима холостого хода на конце разомкнутой линии обычноиспользуются короткозамкнутые шлейфы из отрезков линий с таким же).волновым сопротивлением, как у согласуемой линии (15Рис. 7Рис. 8В случае последовательного включения шлейфа (рис. 7 ) определяетсясечение линии а-а , в котором активная составляющая сопротивления линииравна волновому сопротивлению линии, а затем в это сечениепоследовательно включается шлейф, т.е.

реактивное сопротивление, равноепо значению реактивной составляющей сопротивления линии в сечении а-a.и противоположное ей по знаку.В случае параллельного включения шлейфа (рис.8) определяетсясечение линии б-б .в котором активная составляющая входной проводимостиравна волновой проводимости, а затем в этом сечении параллельновключается шлейф, т.е. реактивная проводимость, равная по значениюреактивной составляющей проводимости линии в сечении б-б ипротивоположная ей по знаку.Задача 3.Согласовать с помощью шлейфа линию передачи с волновым сопротивлениемс нагрузкой, имеющей сопротивление.Решение1.

Нормируем сопротивление нагрузкиНаходим на диаграмме точку А, соответствующую16(рис.9 ).2. По линии постоянного КБВ перемещаемся в сторону генератора нарасстояний L до точки В, лежащей на окружности r=1. Получим, что наот нагрузки активная составляющая нормированногорасстояниисопротивления линии будет равна 1, а реактивная составляющая х = 1,8 . Вточке С также r=1 , но расстояние до нее от нагрузки больше, чем до точкиВ, а согласование всегда имеет смысл проводить в сечении линии, как можноближе расположенном к нагрузке.Итак, в точке В можно включить последовательный шлейф.Рис. 93. Определим, где находится сечение, в котором можно включитьпараллельный шлейф. Для этого определим проводимость нагрузки,повернув вращающийся указатель на 180° (точка D):4.Расстояние от точки D до сечения линии, в котором активнаясоставляющая проводимости линии равна волновой проводимости (точка В),равноТаким образом, в данном случае целесообразнее использоватьпараллельный шлейф, так как место его включения оказывается значительноближе к нагрузке, чем место включения последовательного шлейфа.175.

Реактивная составляющая нормированной проводимости линии вместе включения шлейфа (точка 8) равна l=1,8 . Поэтому параллельный(точка F).шлейф должен иметь реактивную проводимостьКороткозамкнутый шлейф с такой проводимостью имеет длину(от точки G до точки F в сторонугенератора).4. Контрольные вопросы1.Что такое коэффициент отражения, коэффициент бегущей волны и от чегоони зависят?2. Куда сдвигается ближайший минимум напряжения в линии по отношениюк минимуму при коротком замыкании при чисто емкостной нагрузке наконце линии?Обосновать ответ с помощью круговой диаграммы полных сопротивлений, атакже на основе графиков изменения вдоль линии эквивалентногосопротивления линии.3.