Дегтярь Г.А. Устройства генерирования и формирования сигналов (2003) (1095864), страница 39

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 39)

Как отмечалось,волновое сопротивление линии в экране меньше, чем без экрана, и зависит не только отразмеров и формы экрана, но и от возбуждения линии (синфазное, противофазное). Присинфазном возбуждении волновое сопротивление линии в экране заметно меньше.В мощных генераторах в качестве фидеров используют многопроводные линии.

Такие линии позволяют уменьшить потери на излучение электромагнитных колебаний и5От английского слова feed – питать; соответственно feeder – питающее устройство. Иногда понятия «фидер» и «длинная линия» используют как синонимы. Несмотря на отмеченную общность, не всегда уместновместо слов «длинная линия» использовать слово «фидер» и наоборот.171конструктивно более удобно присоединиться к генератору.

На рис.12.8 показаны два варианта четырёхпроводной линии.абРис.12.8Провода попарно соединяются через определённые расстояния, причём так, чтобыполучающаяся система проводов была симметричной относительно общей проводящейповерхности, включая стенки шкафов. Например, если попарно соединить верхние и нижние провода, считая при этом, что проводящая поверхность находится ниже (выше) проводов, то система окажется несимметричной со всеми вытекающими из этого последствиями.Волновое сопротивление многопроводной линии зависит от числа проводов и схемыих соединения. В частности, при соединении проводов четырёхпроводной линии по схеме(рис.12.8,а) волновое сопротивление линии больше, чем при соединении проводов посхеме (рис.12.8,б).

Волновое сопротивление многопроводной линии меньше, чем двухпроводной, составленной из двух проводов такого же сечения, с таким же расстояниеммежду центрами проводов.Так как передаваемая по линии электромагнитная энергия в основном сосредотачивается в пространстве между проводами, то в многопроводной линии меньшая её доля выходит во внешнее пространство по сравнению с двухпроводной линией, что уменьшаетпотери мощности на излучение линией. При больших уровнях передаваемой мощностисечение проводов должно быть большим, что весьма неудобно, в частности, при реализации присоединения двухпроводного фидера к генератору и нагрузке. Многопроводная линия позволяет конструктивно более удобно выполнить присоединение нагрузки к генератору.Действительно, на СВЧ сопротивление потерь провода определяется периметром егосечения в силу конечной глубины проникновения тока в металл по причине поверхностного эффекта.

Конструктивно более целесообразно и удобно реализовать требуемый периметр путём параллельного соединения нескольких проводов небольшого диаметра, чембрать один провод большого диаметра. Любая многопроводная линия в отношении потерьв проводах приводится к эквивалентной двухпроводной линии с периметром сечения каждого из проводов, равнымN d,2где N - число проводов линии; d - диаметр проводов линии.На рис.12.9 показаны сечения проводов эквивалентных двухпроводных линий, соответствующих четырёх- и восьмипроводной линиям.4d2dаРис.12.9бОчевидно, конструктивно проще присоединить к генератору и нагрузке несколькопроводов меньшего диаметра, чем один провод гораздо большего диаметра.172Для фидеров часто применяют провода не круглого, а прямоугольного сечения.Для обеспечения жёсткости фидера провода крепятся с помощью диэлектрических (вотдельных случаях – металлических) изоляторов, удерживающих провода относительнодруг друга и экрана (при его наличии).

На низких уровнях мощности используют гибкиефидеры – кабели, у которых пространство между проводами полностью заполнено диэлектриком. Примером подобного фидера является радиочастотный кабель, используемыйдля подключения входа телевизионного приёмника к антенне.Промышленностью выпускаются коаксиальные радиочастотные кабели (РК) на разные уровни мощности со стандартными волновыми сопротивлениями 50 Ом (РК-50)и 75 Ом (РК-75). Максимальная мощность, передаваемая по таким кабелям, не превышаетсотен ватт. Для передачи больших уровней мощности (десятки киловатт) используютжёсткие коаксиальные фидеры с воздушным заполнением,6 в которых центральный проводник крепится с помощью специальных шайб, устанавливаемых на определённом расстоянии друг от друга.

Жёсткий коаксиальный фидер с воздушным заполнением и волновым сопротивлением 50 Ом имеет поперечные размеры, соответствующие максимальнойэлектрической прочности фидера, а с волновым сопротивлением 75 Ом соответствует коаксиальной линии с максимальной добротностью, то есть с минимальными собственнымипотерями в линии. Двухпроводные линии в воздушной среде, поперечные размеры которых обеспечивают максимальную электрическую прочность, имеют волновое сопротивление 120 Ом; двухпроводные линии с максимальной добротностью имеют волновое сопротивление (200…400) Ом.Ненагруженная добротность и эквивалентное сопротивление колебательной системы наоснове отрезка длинной линииДобротность любой электрической цепи, включая КС, определяется соотношениемPQ P,(12.10)Paгде, соответственно, PP - максимальная реактивная мощность, а Pa - максимальная мощность потерь в цепи.В случае КС обе мощности, входящие в (12.10), максимальны на резонансной частоте системы.Если учитывать только собственные потери в КС, то (12.10) определяет ненагруженную добротность КС – контура Q0 .

Если учтены затраты мощности в полезной нагрузке,подключаемой к КС, то находится значение нагруженной добротности контура QН .Реактивная мощность КС PP может быть определена через электрическую или магнитную энергию в системе. Электрическая энергия (энергия электрического поля) сосредотачивается в ёмкости С0 и в погонных ёмкостях отрезка линии С ПОГ ; магнитная энергия (энергия магнитного поля) сосредоточена в погонных индуктивностях отрезка линииLПОГ . На резонансной частоте электрическая и магнитная энергии КС равны и имеют максимальные значения. Соответственно, максимальная реактивная мощность КС можетбыть определена из выражения C 0U 2   C ПОГ U x2 LПОГ I x2PP dx  dx,(12.11)22200где U  - амплитуда напряжения на отрезке линии в сечении x   , она же на ёмкости С0 ;U x , I x - соответственно амплитуды напряжения и тока в сечении х отрезка линии.6КС ламповых генераторов, по существу, реализуются из отрезков подобных линий.173Для простейших КС, показанных на рис.12.2, для определения PP целесообразновоспользоваться правой частью (12.11) в силу краткости выражения.7Длинные линии, используемые для изготовления контуров генераторов СВЧ, имеютвысокую собственную добротность QЛ (в пределах нескольких сотен).

Поэтому потери втаких линиях практически не сказываются на распределениях тока и напряжения вдольпроводов отрезка линии КС, и уравнения (12.1), (12.2) считаются для них справедливымина протяжении всей длины  , независимо от работы КС на основном тоне или обертоне.Соответственно, согласно (12.1) и (12.2) в случае короткозамкнутого отрезка*U Н  0 **I x  I Н cos  x  I M cos  x  I x ;**(12.12)U x  j I Н Z 0 sin  x  jU M sin  x  jU x ,*а в случае разомкнутого отрезка  I Н  0  согласно (12.2) и (12.1)**U x  U Н cos  x  U M cos  x  U x ;*(12.13)UMUНIx  jsin  x  jsin  x  jI M sin  x  jI x .Z0Z0Реактивная мощность КС на основе короткозамкнутого отрезка линии с учётом распределения тока вдоль проводов линии (12.12) согласно правой части (12.11) LПОГ I M2 cos 2  x LПОГ I M2  LПОГ I M2PP  dx 0 1  cos 2  x dx  8 2   sin 2  .

(12.14)240 LПОГ LПОГ  Z 0 , получаемУчитывая, что*Z 0 I M22   sin 2 .(12.15)8Реактивная мощность КС на основе разомкнутого отрезка линии определяется аналогично с учётом распределения тока вдоль проводов линии (12.13) и равна LПОГ I M2 sin 2  x LПОГ I M2  LПОГ I M2PP  dx 0 1  cos 2  x dx  8 2  sin 2  . (12.16)240 LПОГТак как Z 0 , тоPP Z 0 I M22   sin 2 .(12.17)8Мощность потерь в КС с короткозамкнутым отрезком линии складывается:- из мощности потерь на распределённом (погонном) сопротивлении потерь в проводах линии rПОГ :PP rПОГ I x2r I 2 cos 2  xr I2PРАСПР  dx   ПОГ Mdx  ПОГ M 2   sin 2 .22800Обратим внимание на сходство (12.18) и (12.14).7(12.18)Левая часть (12.11) включает два слагаемых, одно из которых представляет интеграл, подобный правойчасти выражения, а второе слагаемое определяет реактивную мощность в конденсаторе, ёмкость которогоС0 .174- из мощности потерь в короткозамыкателе (на сопротивлении короткозамытеля rКЗпри х = 0):1PКЗ  rКЗ I M2 ;(12.19)2- из мощности потерь в месте присоединения ёмкости С0 (на сопротивлении соединения rСОЕД при x   ):1PСОЕД  rСОЕД I M2 cos 2 .2В КС с разомкнутым отрезком линии мощность потерь складывается:- из мощности потерь на распределённом сопротивлении rПОГ :(12.20)rПОГ I x2r I 2 sin 2  xr I2PРАСПР  dx   ПОГ Mdx  ПОГ M 2   sin 2 .(12.21)22800Выражение (12.21) подобно (12.16).- из мощности потерь на сопротивлении rСОЕД в месте присоединения ёмкости С0 :1PСОЕД  rСОЕД I M2 sin 2 .(12.22)2Обратим внимание, что у открытых линий существуют потери на излучение, которые сложно учитывать.

Характеристики

Список файлов книги