Дегтярь Г.А. Устройства генерирования и формирования сигналов (2003) (1095864), страница 41

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

Текст из файла (страница 41)

Вслучае двухпроводных линий применяют контактные мостики. Применение подвижногокороткозамыкающего устройства для изменения геометрической длины отрезка линиивозможно только в случае воздушного заполнения пространства между проводами линии.Перестройка КС с помощью короткозамыкателя оказывается наиболее эффективной приработе контура на основном тоне. При работе на высшем тоне эффективность перестройки КС, то есть изменение частоты настройки с изменением длины, заметно снижается.

Эквивалентное сопротивление контура уменьшается с уменьшением длины , то есть с повышением частоты настройки.Основной трудностью при использовании короткозамыкателей со скользящимимиконтактами является получение достаточно малого переходного сопротивления в местеконтакта. Величина этого сопротивления зависит от давления между контактирующимиповерхностями, от степени их загрязнения и чистоты обработки.Большим недостатком, снижающим эксплуатационную надёжность устройства, является непостоянство переходного сопротивления скользящих контактов. В процессе эксплуатации сопротивление контактов изменяется в больших пределах по случайному закону, что изменяет электрические характеристики контура и генератора.179При ёмкостной настройке резонансная частота контура на основе отрезка длиннойлинии изменяется с помощью конденсатора переменной ёмкости, включенного вблизи соединения АЭ с контуром.

В случае разомкнутого отрезка линии конденсатор переменнойёмкости может быть также включён со стороны разомкнутого конца, который, естественно, нельзя при этом рассматривать как разомкнутый.Основные достоинства ёмкостной настройки контура из отрезка линии – относительная простота конструктивного выполнения и лёгкость осуществления сопряжённойнастройки нескольких контуров, например, в случае многокаскадного устройства. Изменяя форму пластин конденсатора настройки, можно получить любой вид настроечнойкривой. При ёмкостной настройке контура обеспечивается выше точность установки частоты, чем при настройке изменением длины отрезка .Однако ёмкостная настройка имеет ряд недостатков, которые ограничивают в некоторых случаях её применение.

Существенным недостатком ёмкостной настройки являетсяснижение эквивалентного сопротивления контура за счёт увеличения его начальной ёмкости и понижения вследствие этого действующего характеристического сопротивленияконтура. Другим недостатком ёмкостной настройки, особенно существенным для мощныхгенераторов, является снижение электрической прочности контура при введении в негоконденсатора настройки с малыми расстояниями между пластинами.

Увеличение расстояния, которое необходимо для уменьшения опасности электрического пробоя, приводит кнеизбежному увеличению площади пластин для сохранения прежней величины ёмкости.При этом размеры конденсатора настройки могут оказаться чрезмерно большими, и егоневозможно будет разместить в пространстве между проводами линии.Необходимо также иметь в виду, что конденсатор настройки нарушает однородностьэлектрического и магнитного полей в линии, а это может стать причиной возникновенияколебаний высших типов волн, увеличения потерь мощности и снижения электрическойпрочности контура.Несмотря на указанные недостатки, ёмкостная настройка является одним из наиболее распространённых способов настройки контуров из отрезков длинных линий.При ёмкостной настройке контура его эквивалентное сопротивление возрастает с повышением частоты настройки.На рис.12.12 показаны схемы ёмкостной настройки контура на основе короткозамкнутого отрезка линии (рис.12.12,а) и на основе разомкнутого отрезка линии при подключении конденсатора настройки с противоположного С0 конца (рис.12.12,б).НС0Z0Z0CНС0аZ0CНбРис.12.12Для эффективного управления конденсатор настройки С Н должен размещаться в сечении отрезка линии с максимальным напряжением.

В случае короткозамкнутого отрезкапри работе контура на основном тоне максимальное напряжение имеет место в точкахподключения АЭ, то есть в месте ёмкости С0 . Однако конструктивно конденсатор С Н неможет быть размещён в месте подключения АЭ. Поэтому он располагается на некоторомрасстоянии  Н от места включения АЭ, соответствующего месту включения сосредоточенной ёмкости С0 (рис.12.12,а). Расстояние  Н выбирается из соображений удобства и180возможности реализации конструкции контура. При работе контура на высшем тоне максимальное напряжение находится в пучности стоячей волны напряжения в отрезке линии(см.

рис.12.4,а). При использовании разомкнутого отрезка линии максимальное напряжение имеет место на разомкнутом конце, то есть на противоположном С0 конце контура.Обычно с этого конца и включается конденсатор настройки С Н (рис.12.12,б).Чем больше напряжение на ёмкости конденсатора настройки С Н , тем больше в нёмсосредотачивается реактивной энергии электрического поля, соответственно влияние такой ёмкости на контур будет велико, и будут требоваться меньшие пределы измененияёмкости конденсатора настройки для изменения частоты в нужных пределах. Очевидно,если конденсатор настройки С Н разместить вблизи короткозамыкателя, то в каких быпределах ни изменялась ёмкость конденсатора, эффект от неё будет ничтожен. И, напротив, влияние ёмкости С Н резко возрастает при подключении её параллельно С0 .В заключение отметим, что условия резонанса контуров по семам рис.12.12 будутотличаться от (12.6) и (12.7).

Конкретно для каждого из представленных контуров условиерезонанса можно получить из (*) с использованием выражения (12.3). Так, для контура наоснове разомкнутого отрезка линии (рис.12.12,б) в (12.3) следует подставить*Z Н   j 1  C Н . Полученный результат подставить в условие резонанса (*), из которогоможно получить выражение для определения геометрической длины отрезка . Если длину отрезка  считать заданной, то можно получить выражение для определения С Н . Дляконтура на основе короткозамкнутого отрезка линии по схеме (рис.12.12,а) следует опре*делить Z Н как параллельное соединение сопротивлений ёмкости С Н и короткозамкнуто*го отрезка линии длиной . Найденное сопротивление Z Н следует подставить в (12.3), вкотором теперь вместо  следует учитывать  Н .

Далее, из (*) может быть получено выражение для определения необходимой длины отрезка  или ёмкости С Н , если длина отрезка известна. Очевидно, при Н  0 полученное выражение будет приближаться к(12.6), где вместо С0 надо учитывать суммарную ёмкость С 0  С Н  .Связь контуров из отрезков длинных линий с полезной нагрузкой генератораПри расчёте связи контура с полезной нагрузкой генератора необходимо обеспечитьтребуемое эквивалентное сопротивление контура Roe Н и КПД контура  К не ниже принятого значения. В диапазоне СВЧ полезная нагрузка, как правило, находится на некоторомрасстоянии от генератора, сравнимом с длиной волны рабочих колебаний, поэтому еёприходится присоединять к генератору с помощью фидера.При рассмотрении способов связи с контурами из отрезков длинных линий мы будемполагать фидер согласованным с полезной нагрузкой генератора, что желательно, хотя невсегда может быть обеспечено, особенно в диапазонных и широкополосных генераторах.Следует отметить, что точность расчёта элемента связи нагрузки с контуром на СВЧоказывается сравнительно невысокой, поскольку элемент связи всегда нарушает структуру электромагнитного поля в пространстве между проводами отрезка линии контура.Учесть эти изменения при расчёте практически не представляется возможным.

Кроме того, реально никогда не удаётся получить только один вид связи: всегда одновременно спомощью того же элемента осуществляется и другой вид связи, который часто не поддаётся расчёту.Поэтому при расчёте связи на СВЧ должны быть определены порядки величин иориентировочные конструктивные размеры элемента связи.

Окончательное определение181параметров элемента связи производится при лабораторной или заводской доводке генератора.Большой разброс параметров АЭ и колебательных контуров из отрезков длинныхлиний в условиях крупносерийного производства заставляет проектировщика предусматривать возможность изменения связи в процессе настройки и регулировки генератора. Поэтому расчёт связи с нагрузкой производится с 20…30%-м запасом.На СВЧ, как и на высоких частотах, используются три основных вида связи колебательного контура с нагрузкой:1) индуктивная, или трансформаторная, связь;2) кондуктивная, или автотрансформаторная, связь;3) ёмкостная связь.Иногда используется комбинированный вид связи.Индуктивная связь с помощью коротких витков и петель связиИндуктивная связь реализуется с помощью так называемых коротких витков в случае двухпроводных линий (рис.12.13,а) и петель связи при использовании контуров из отрезков коаксиальных линий (рис.12.13,б).ℓС0ℓСС0 0 22Z0Фидер к нагрузкеZ0hС0 2ℓПℓВабРис.12.13Виток связи обычно выполняется в виде короткозамкнутого отрезка двухпроводнойлинии с такими же параметрами, как у линии контура: сечение проводов, расстояние между проводами.

Длина отрезка, образующего виток, В берётся значительно меньше длиныотрезка контура  (отсюда и название – короткий виток). На практике стремятся иметьВ   / 8 , чтобы избежать большой индуктивности витка LВ .Для передачи в нагрузку (фидер) требуемой мощности Р~ Н  Р~Ф необходимо обеспечить в нём бегущую волну тока амплитудойI Ф  2 P~Ф / Z 0Ф ,(12.30)где P~Ф - колебательная мощность, поставляемая в фидер; Z 0Ф - волновое сопротивлениефидера, согласованного с полезной нагрузкой генератора.На рис.12.14,а представлена эквивалентная схема витка связи, согласно которойeIФ ,(12.31)2Z 0Ф  (LВ ) 2где е - величина ЭДС, создаваемой в витке связи (равна величине наводимого в виткенапряжения).Вопрос о величине необходимой связи и размерах витка разрешается из условия равенства (12.30) и (12.31).182Регулировать связь можно изменением расстояния h между линией контура и виткомсвязи, а также перемещением витка вдоль отрезка линии контура.

Чем меньше расстояниемежду витком и линией контура, а также чем ближе виток располагается к короткозамыкателю (где находится пучность тока, соответственно и максимум магнитного поля), темсильнее связь. Увеличение длины витка В также приводит к увеличению наводимой внём ЭДС, но это увеличение ЭДС, начиная с В  (1 / 10...1 / 8) , незначительно, тогда какиндуктивность витка LВ , соответственно и сопротивление его LВ , при этом существенновозрастает и создаваемый в фидере ток (12.31) уменьшается, что уменьшает передаваемуюв фидер мощность.CН2CНLВLВIФеZ0ФZ0Ф~IФ2CНℓВаCНе~бCНLВZ0ФIФеℓВZ0ФZ0Ф~вРис.12.14Чтобы облегчить передачу в нагрузку требуемой мощности и уменьшить размерывитка связи, применяют последовательную (рис.12.14,б) или параллельную (рис.12.14,в)настройку витка с помощью конденсатора настройки С Н .Последовательная настройка витка применяется при Z 0Ф  LВ , а параллельная – приZ 0Ф  LВ .

Виток связи и ёмкость С Н при настройке проявляют себя как колебательныйконтур, соответственно последовательный или параллельный, добротность которогобольше единицы, что облегчает реализацию необходимой связи. Величина ёмкости конденсатора настройки витка связи находится из условия резонанса:101LВ ,(**) СНгде  - круговая частота рабочих колебаний.Амплитуда тока в фидере при настройке витка связи10Приведенное условие резонанса точно при последовательной настройке витка связи и приближённо припараллельной настройке.

Характеристики

Список файлов книги