Дегтярь Г.А. Устройства генерирования и формирования сигналов (2003) (1095864), страница 40

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

Текст из файла (страница 40)

Для уменьшения потерь на излучение двухпроводные, однопроводные и другие открытые линии экранируют.При использовании несимметричных полосковых и микрополосковых линий дополнительно необходимо учитывать потери мощности в диэлектрике, которые можно определить, используя выражениеG U2PДИЭЛ   ПОГ x dx ,20где G ПОГ - погонная проводимость потерь в линии, обусловленная диэлектриком (средой).Однако, преобладающими являются потери в проводах линии (сопротивление rПОГ ),в короткозамыкателе (сопротивление rКЗ ), в месте соединения АЭ с отрезком линии (сопротивление rСОЕД ).Поэтому, на основании (12.10) с учётом (12.15), (12.18) – (12.20) для КС с короткозамкнутым отрезком линии получаем:Z 0  2   sin 2 PPPQ0  P .(12.23)Pa PРАСПР  PКЗ  PСОЕД rПОГ 2   sin 2   4  rКЗ  rСОЕД cos 2 Если учесть потери только в проводах линии rПОГ , тоZ   LПОГQ0  0  QЛ ,rПОГrПОГгде QЛ - добротность линии.Для КС с разомкнутым отрезком линии, используя (12.10), (12.17), (12.21), (12.22),Z 0  2   sin 2 PPPQ0  P .(12.24)Pa PРАСПР  PСОЕД rПОГ 2   sin 2   4  rСОЕД sin 2 Если rСОЕД = 0, то Q0  QЛ .После определения ненагруженной добротности Q0 согласно (12.23) или (12.24) может быть сделана поправка на потери на излучение и потери в диэлектрике.На практике при первоначальных расчётах принимают значение ненагруженной добротности контура Q0 в пределах (150…200) для контуров из отрезков открытых двухпро175водных и однопроводных линий, (400…800) для контуров из отрезков коаксиальных исимметричных полосковых линий с воздушным заполнением, (100…150) для контуров изотрезков несимметричных полосковых и микрополосковых линий.Эквивалентное сопротивление контура на основе отрезка длинной линии может бытьнайдено из условияU 2Pa ,(12.25)2 Roe 0соответствующего закону сохранения энергии применительно к рассматриваемым КС, гдеU  - амплитуда напряжения в месте присоединения АЭ к контуру (в точках включения ём-кости С0 ); Roe 0 - ненагруженное эквивалентное сопротивление контура на резонанснойчастоте.

Если в Pa учесть затраты мощности в полезной нагрузке, то на основании приведенного соотношения можно определить эквивалентное нагруженное сопротивление контура Roe Н .В случае короткозамкнутого отрезка линии согласно (12.12)U   U M sin   I M Z 0 sin ,в случае разомкнутого отрезка линии согласно (12.13)U   U M cos   I M Z 0 cos .Ненагруженное эквивалентное сопротивление контура из короткозамкнутого отрезкалинии согласно (12.25), учитывая (12.18) – (12.20), (12.23),U24 Z 02 sin 2 Roe 0   2 Pa rПОГ 2   sin 2   4  rКЗ  rСОЕД cos 2 (12.26)4 Z 0 sin 2  Q0 Q0  ДЕЙСТВ ,2   sin 2 где  ДЕЙСТВ - действующее характеристическое сопротивление контура с распределённымипараметрами; Q0 - ненагруженная добротность контура, определяемая (12.23).Обратим внимание, что правая часть (12.26) соответствует хорошо известной формуле для эквивалентного сопротивления параллельного колебательного контура при полномвключении.8Ненагруженное эквивалентное сопротивление контура на основе разомкнутого отрезка линии из (12.25), учитывая (12.21), (12.22), (12.24),U24 Z 02 cos 2 Roe 0   2 Pa rПОГ 2   sin 2   4  rСОЕД sin 2 (12.27)4 Z 0 cos 2  Q0 Q0  ДЕЙСТВ ,2   sin 2 где Q0 определяется (12.24).При одинаковых значениях C0 , Z 0 действующее характеристическое сопротивлениеконтура на основе короткозамкнутого отрезка линии оказывается существенно выше, чемпри использовании разомкнутого отрезка линии.

Соответственно, при одинаковых значениях Q0 , например, при Q0  QЛ , эквивалентное сопротивление контура на основе короткозамкнутого отрезка линии будет существенно выше, чем у контура на основе разомкнутого отрезка линии.8См. лекцию 10, формула (10.5).176Действующему характеристическому сопротивлению контура в соответствие могутбыть поставлены действующая ёмкость С ДЕЙСТВ и действующая индуктивность L ДЕЙСТВконтура, удовлетворяющие соотношению:1 ДЕЙСТВ   L ДЕЙСТВ , С ДЕЙСТВгде  - резонансная частота контура, совпадающая с рабочей частотой генератора.Интересно сравнить, как С ДЕЙСТВ соотносится с С0 . Согласно последнему соотношению1С ДЕЙСТВ .  ДЕЙСТВС учётом  ДЕЙСТВ из (12.26) для контура на основе короткозамкнутого отрезка линииполучаем2   sin 2 С ДЕЙСТВ .4 Z 0 sin 2 Учитывая, что согласно условию резонанса рассматриваемого контура (12.6)1cos  Z0 ,C0 tg C0 sin находим1 2   sin 2  .С ДЕЙСТВ  С0 C0  (12.28)4 sin cos  2 sin 2  Для контура на основе разомкнутого отрезка линии с учётом  ДЕЙСТВ из (12.27) иусловия резонанса (12.7) получаем1 2   sin 2  . C0  С ДЕЙСТВ  С0(12.29) 4 sin cos  2 sin 2  На рис.12.10 для сравнения показаны зависимости С ДЕЙСТВ / С0 , соответствующие(12.28) и (12.29) при работе КС на основном тоне.СДЕЙСТВ / С0λ/4 ≤ ℓ ≤ λ/2n=0СДЕЙСТВ / С0n=02,8ℓ ≤ λ/41π/20βℓаРис.12.10π/2π≈128,7°βℓбПри работе на высшем тоне (n = 1, 2, 3, …) существует оптимальное значение электрической длины  короткозамкнутого и разомкнутого отрезка, при которой получаетсяминимальное значение С ДЕЙСТВ / С0 .

Зависимости С ДЕЙСТВ / С0 при n  1 подобны показанной на рис.12.10,б, только смещаются вверх.177Для получения минимального значения ёмкости С ДЕЙСТВ и соответственно максимального значения  ДЕЙСТВ следует выбирать волновое сопротивление в пределах1,05...1,25. C0Чем больше n, тем меньше должно приниматься значение коэффициента в числителе привыборе Z 0 , независимо от типа отрезка.Согласно приведенному соотношению волновое сопротивление линии для изготовления контура следует принимать близким к сопротивлению сосредоточенной ёмкости С0на входе отрезка.Зная действующую ёмкость контура, можно определить его действующую индуктивность, исходя из условия резонанса контура, согласно которому1L ДЕЙСТВ  2. C ДЕЙСТВZ0 Таким образом, КС с распределёнными параметрами на основе отрезка длинной линии в окрестности резонансной частоты может быть заменена контуром на сосредоточенных элементах с действующими параметрами С ДЕЙСТВ и L ДЕЙСТВ .

Эквивалентные сопротивления и добротности контуров при этом одинаковы.Так как отрезок линии играет роль индуктивного элемента контура, то, очевидно,можно ввести в рассмотрение понятие эквивалентной индуктивности, величина которойможет быть найдена из выражения для входного сопротивления соответствующего отрезка на резонансной (рабочей) частоте. Так, для короткозамкнутого отрезка линии, исходяиз (12.4), можно записать:Z tgLЭКВ  0.Соответственно, для разомкнутого отрезка, исходя из (12.5),Z ctgLЭКВ   0.Можно установить соотношение между эквивалентной и действующей индуктивностью контура. Действующая индуктивность контура будет всегда меньше эквивалентной.Как следует из условий резонанса (12.6), (12.7), значение эквивалентной индуктивностииспользуется для определения геометрической длины отрезка линии.9Настройка контуров из отрезков длинных линийИсходя из условий резонанса КС на основе отрезков длинных линий (12.6) и (12.7),можно наметить три принципиальных способа их настройки:1) изменением ёмкости, подключенной к отрезку линии (ёмкостная настройка);2) изменением геометрической длины отрезка линии ;3) изменением волнового сопротивления линии Z 0 .Чтобы осуществить перестройку контура изменением волнового сопротивления линии Z 0 , необходимо изменять поперечные размеры линии или диэлектрические и магнитные свойства среды между проводами.

Изменять поперечные размеры линии, сохраняя еёпри этом однородной по длине и учитывая, что одним концом она присоединяется к АЭ,технически не представляется возможным. Оптимальным решением является применениеотрезка коаксиальной линии, пространство между проводами которой заполнено ферри9В технике СВЧ широко используется реализация как индуктивных, так и ёмкостных элементов цепи наоснове короткозамкнутых и разомкнутых отрезков линий. Однако рассмотрение этих вопросов выходит зарамки представляемых лекций.178том. Если отрезок такой линии поместить в поле электромагнита (рис.12.11), напряжённость которого изменяется под воздействием управляющего сигнала, то волновое сопротивление линии будет изменяться за счёт изменения магнитной проницаемости феррита   r  0 , где  0 - магнитная проницаемость вакуума. Такой способ нашёл применение вгенераторах ускорителей заряженных частиц.

Это решение можно считать наиболее удачным.ЭлектромагнитNОтрезоккоаксиальнойлинииферритIуправляющийтокферритSРис.12.11Отрезки коаксиальных линий с частичным заполнением ферритом применяются вламповых генераторах дециметровых волн. При использовании перестройки контура засчёт изменения магнитной проницаемости феррита возникают трудности конструирования системы подмагничивания, связанные с уменьшением немагнитных зазоров с цельюповышения эффективности управления и снижения мощности управляющего устройства.При изменении магнитной проницаемости феррита изменяются также потери в нём, чтосказывается на уровне колебательной мощности генератора.

Диапазон перестройки контура рассмотренным способом небольшой – единицы процентов.Настройка контура изменением волнового сопротивления линии не может считатьсяпригодной для широкого применения из-за сложности и ограниченности способов её технической реализации.Настройка контура изменением геометрической длины отрезка линии  возможнатолько при использовании короткозамкнутых отрезков. В случае разомкнутого отрезкатехнически не представляется возможным изменять его длину, учитывая, что на противоположном конце находится АЭ.Геометрическую длину отрезка линии изменяют перемещением короткозамыкателя.В коаксиальных линиях короткозамыкатели выполняют в виде контактных поршней.

Характеристики

Список файлов книги