Шахгильдян В.В. Проектирование радиопередатчиков (4-е издание, 2000) (1095865), страница 67
Текст из файла (страница 67)
Так как часть силовых линии электрического поля замыкается через воздух с се = 1, в формулах для расчета волнового сопротивления МПЛ Я, используют эффективную диэлектрическую проницаемость, связанную с диэлектрическои проницаемостью подложки соотношением (3,27] ш ц аття7 при ш) Ь; р= ъ~ Л+7Щ; О,ип - лг .р.
с ь. Волновое сопротивление МПЛ Я, рассчитывают по формулам 120гг/ /сыь ш/И + 1,4+ 0,67(ш/Ь + 1,4) 60 /8Ь шЛ вЂ” 1и < — + — / при ш( И; <,ш 4Иl С,в йа ав ПВ гг 1 ~1 Т гвв Рис. 3.60 Рис. 3.61 га гг ва ов га а,г ад ' 3 10в Л„=— (3.68) га па Л„5,31Л пЛ г = — агсгб + —. 2вг СтЯ, 2 (3.69) 304 305 -йо -ап -ов -от -па -пп -пв -пп -пг -пд п вп1ьгуа1 пп о» п,а о,п отавоагп и~» а) гв,ок гпгвгп м гг гоавт и и в и г в=в о -бо -йп -ав -ов -ог а пг ов йв га~ойа1 йг о,пйвйпйао,вг г 3 в пп ырра и) Рис. 3.33 Таблица 3.20 При проектировании колебательных систем чаще решают обратную задачу: найти геометрические размеры сечения МПЛ для выбранного Я,. В этом случае удобно пользоваться графиками, связывающими величину У, с,отношением ш/Ь или логарифмом этого отношения (рис.
3.59) (3.10]. Например, требуется найти геометрические размеры МПЛ с волновым сопротивлением Ус = 50 Ом; толщина слоя диэлектрика 6 = 0,5 мм, материал — поликор с 6 = 9,6. Из рис. 3.59,5находим ш/б = 1; следовательно, ширина металлическои полоски ш = 0,5 мм. С уменьшением Уе до 20 Ом ширина и возрастает до 2,25 мм. Диэлектрические проницаемости некоторых типовых материалов приведены в табл.
3.20. Более подробные сведения об органических и неорганических диэлектриках можно наити в [3.10]. Так как длина волны в МЛП Л (см) связана с частотой Г (МГц) и взф соотношением то при использовании керамики с высокой диэлектрической проницаемостью 6 Длина волны Лл Уменьшаетса на поРЯДок и линиЯ Действительно становится микрополосковой. Что касается дисперсии в МЛП, то ее можно учесть увеличением в,ф с ростом частоты.
До частот 10 ГГц это увеличение составляет проценты от в,ф, т.е. лежит в пределах тОЧНОСтИ раСЧЕтОВ. ПрИ НЕОбХОдИМОСтИ утОЧНЕНИЕ взф МОЖНО СдЕЛатЬ по формулам (2.75), (2.16), приведенным в (3.10]. Добротность резонаторов на ПЛ и МПЛ лежит в пределах 150...450. Большую часть контуров, где применяют отрезки линии, можно свести к двум схемам: рис. 3.60,а и 3 61,6. Схеме рис. 3.60,а соответствует эквивалентная схема рис. 3.60,б, где Сл, — емкость, концентрирующая реактивную мощность электрического поля, запасенную в линии Игр Распределение амплитуд напряжения и тока в линии И'1 показано на рис. 3.62.
Исходными данными для расчета контура являются: резонансная частота контура Гв (МГц), соответствующая ей длина волны в линии Л„, рассчитанная по (3.68) (для линий с однородным заполнением диэлектриком: кабелеи, ПЛ, в„ф — — 6), сосредоточенная емкость контура С1 (пФ), волновое сопротивление линии Е, (Ом). Длина короткозамкнутого отрезка линии г (см) равна: Таблица 3.21 Ркс.
3.63 Ряс. 3.63 (3.70) 2Я, 2 4 (/ У~510 (тпс) Р= (3.72) 2Рр пгб 51п(2гпс) — + 2 4 Эквивалентная емкость контура 307 306 Обычно п = О, только при очень низких сопротивлениях длину линии увеличивают на Л /2. Волновое сопротивление Ус подбирают так, чтобы получился конструктивно выполнимый отрезок линии.
Мощность электрического поля на участке /1-сз однородной линии иа /' Р = —" )( сов~(гп/) г(птб = 2Ус/ 4 (/~ птбз — птбт згп(2птбз) — 510(2птбт) где (/п — амплитуда напряжения в пучности; электрическую длину пт/ отсчитывают от пучности напряжения. Общая реактивная мощность Рр, запасенная в элементах схемы (рис. 3.60), складывается из мощности Рр„запасенной в конДенсатоРе Ст, и моЩности в линии Ррл (в Сл, на рис. 3.60,б): Рр=Ррс+Ррл — .
2 ] — + (. (3.71) (гг /гдб зьп(2птб) Л 2Я,згп~(гп/) ~, 2 4 / ' Характеристическое сопротивление эквивалентного контура С,к = С + Сл, = С [0,6 + птг!ззп(2птб)]. (3.73) При расчете схемы (рис. 3.61,а) обычно вначале получают ее аналог (рис. 3.61,6), а затем нереализуемую из-за ее малости индуктивность (.1 заменяют отрезком линии. Следует, однако, помнить, что линия обладает трансформирующими свойствами и токи, протекающие через конденсаторы С1 и С2 в схеме (рис. 3.61,а), будут разными. Поэтому при расчете линии 14/1 в схеме (рис. 3.61,а) можно исходить из двух вариантов исходных данных.
Эти варианты, а также последовательности расчетных формул сведены в табл. 3.21. Эпюра напряжения, поясняющая расчет, приведена на рис 3.63. В расчетных формулах табл. 3.21 ИСПОЛЬЗОВаНЫ МОдуЛИ СОПРОтИВЛЕНИй КОНдЕНСатОрОВ ксг И 3 р. Налряжения (/3 и (/1 в соответствии с рис. 3.63 взяты с обратными знаками. Далее рассчитывают реактивную мощность в контуре, характеристическое сопротивление и добротность контура. Вариант 1 целесообразно применять при расчете контуров автогенераторов, вариант 2 — при проектировании фильтрующих и согласующих устройств.
Пример. Рассчитать МПЛ в контуре е схеме рис. 3.61,а при следующих данных: Ст = 15 пФ, Сз = 7 пФ (зарикап), /о = 900 МГц, Яс = 20 Ом. Расчет ведем по 1-му варианту. Напряжения на контуре нормируем к напряжению ит. 1. Определяем длину волны в свободном пространстве; Ле (см) = 3 10е// (МГц) = 3 10г/900 = 33,3 см. 2. Находим сопротивления конденсаторов; кот = 5,31 (см)/Ст (пФ) = 11,8 Ом; исз -- 5,31 (см)/Сз (пФ) = 25,3 Ом.
8. Выбираем МПЛ с Я, = 20 Ом 4. Рассчитываем тек = агст8(Е,/х з) = мств(20/25,3) = 0,67. 5. Рассчитываем тек = агст8(Яс/(-а„т) = агств(20/ — 33,3) = 2,10. 6. Определяем длину волны в МПЛ. Используем подложку из поликора с е = ю 9,6, Из графиков на рис. 3.69,б находим отношение параметров МПЛ м/Ь = 4,4. С помощью (3.66) определяем е,ф.
Рассчитываем .- гает н7:= г +аг зк,ь е,ф =' 0,5(е+ 1) + 0,5р(е — 1) = 0,5(9,6+ 1) ф 0,5. 0,5(9,6 — 1) м 7,5, Длина волны в МПЛ Л = Ло/ /е,ф = 33,3/т77,5 = 12,2 см. 7. Определяем длину отрезка МПЛ: ту — тсг„(тг„— тс )Л (2,10 — 0,67)12,2 2,77 см. т 2к 6,28 8. Определяем размеры сечения полосковой пинии (рис 344,д) При Ь м 0,66 мм ширина металлической полоски составляет 4,4Ь м 2,65 мм. 9. Напряжение на конденсаторе С2: 10. Рассчитываем реактивную мощность, запасенную в элементах схемы (нормируем к напряжению из).
Реактивные мощности в конденсаторах. Р с, = 0,5из/Х~, = 0,5из/П,З = 4,24. 1О 'из; р = ~Г~~/2Р = 10 (2 11,5) = 4,34 Ом. (3.74) г..= 138[8(Р/ (). р' = рзыкз[п (тп6')/з[п (птбр). (3.76) Р ы > 275У~/Егюгп (3 75) ру = 2Рр/72 = 2РрЕ~/Рг, Рнс. 3.64 308 309 Реса = 0,517г~/Хсг — 0,5 ° 1,5577т~/25,3 = 4,74 ° 10 ~бтт~, Реактивную мощность а линии рассчитываем по формуле (3.70)г птуз — птуа зсп(2тпу„) — Ятп(2тптгг) 1 1 '(', '.
) ...,..— = 0,517т~[(2,1 — 0,67)/2+ (ми 4,2 — мп 1,34)[/(20созг2,1) = 2,55 ° 10 гггтг. Полная реактивная мощность, запасенная а контуре, Р, = Р,от 4 Р,ля+ Рая = 4,24.10-~77~+4,74.10-~77~У+2,55 10-~77» = 11,5 10-~77г. 11. Характеристическое сопротивление контура а точке с напряжением ггт 12. Оцениваем собственную добротность контура.
Добротность керамического конденсатора Г2ст — 400 (с учетом монтажа), добротность аарнкапа Г2сг = 120, добротность МПЛ Ял = 250. Потери з контуре Реет = РпстЯст + Ррсг/Г)сг+ +Ра /Гг = 60 10 агут, ДобРотность контУРз О = Рр/Р„, = 190 В выходных усилителях мощности на лампах в передатчиках телевизионного вещания и УКВ ЧМ вещания применяют резонаторы коаксиального типа (рис. 3.64). Резонатор включают между анодом (радиатором) лампы и экранирующей сеткой.
Участок лампы длинои 7 от конца радиатора до вывода экранирующей сетки представляет собой фактически неоднородную коаксиальную линию, которую при расчетах обычно заменяют однородной линией с волновым сопротивлением где г( — внутренний диаметр линии, равен диаметру радиатора с насадкои для крепления резонатора. При настроике резонатора подвижные короткозамкнутые шлейфы позволяют устранить неточность расчетов Диаметр внешней трубы Р выбирают иэ условий электрической прочности, отсутствия волн высших типов и компактности конструкции. Между внутренней и внешней трубами резонатора деиствует сумма напряжений (73 = Га + (7(7) я где (/(/) к = (гя. Для коаксиальной линии минимальный диаметр внешней трубы Рада (см) где Ед „вЂ” — 5...10 кВ/см — допустимая напряженность поля для нормальных атмосферных условий. Обычно волновое сопротивление резонатора конструкции, приведенной на рис.
3.64, лежит в пределах Р, = 18...30 Ом. Задаваясь Я„из (3.74) определяют Р. Кроме выполнения условия (3.75) электрической прочности, существует верхний предел величины Р, обусловленный появлением волн высших типов. Условия отсутствия аэимутальных и радиальных колебании к(Р+ гт)/2 < Л гДе Аабп — минимальнаЯ Длина волны, на котоРУю настРоен РезонатоР.
Эквивалентнои схеме контура соответствует рис. 3.60, где под Ст следует понимать выходную емкость лампы С,ы„= С,г+ См; Сзсг— емкость между анодом и экранирующей сеткои; С -(0,5...0,7)С,г— емкость монтажа лампы. Длину резонатора /у рассчитывают по (3.69) с заменой Сг на С ь,„при п = О. Так как длина резонатора зависит от Я„а следовательно, и от Р, то оптимальнои является конструкция, когда длина Хр и диаметр Р близки. Если /р в 2...3 раза превышает диаметр Р, то целесообразно применять составные резонаторы, состоящие из отрезков коаксиальных линий с различными волновыми сопротивлениями, что будет рассмотрено далее.
Если бр < бл, то используют радиальные резонаторы [3.26]. Реактивную мощность в контуре рассчитывают по формуле (3.71), характеристическое сопротивление контура ра пп приведенное к выходному зазору лампы, — по (3.72). По величине р ы„и по известному иэ расчета режима лампы сопротивлению нагрузки В,„определяют добротность резонатора (1 = В,„/р ьк или при заданной (,) рассчитывают В„.
Так поступают, например, при проектировании выходных каскадов мощных телевизионных передатчиков, где добротность анодного контура с) определяется требуемой полосой пропускания (см. гл. 7). Коэффициент полезного действиЯ РезонатоРа т)р — 1 — (,)Як, где („1„— добротность холостого хода, обусловленная потерями в стенках резонатора, контактных соединениях и главным образом в лампе. Величина (,)я коаксиальных резонаторов составляет 400...800. Заметим, что эквивалентные параметры р, С, и Я, зависят от сечения линии /', для которого они рассчитаны. Это связано с тем, что амплитуды напряжения и тока вдоль линии распределены по гармоническому закону. Так, в сечении 7г < бр По такому же закону изменяется эквивалентное сопротивление контура В .
Выражение (3.76) используют при расчете элементов емкостной связи с фидером. Для расчета элементов связи, находящихся в пучности тока (например, петель связи), следует представлять резонатор в виде последовательного контура. Характеристическое сопротивление контура в пучности тока Как было сказано, при большои длине трубы 7р > 2Р целесообразно использовать составные резонаторы. Эти резонаторы состоят иэ двух -1- ээ 1 Хсэ а) С, к -*й а) Рис. З.бб Рис.
З.бт Рис. З.бб Рис. З.бб 77 Яо = 13818 —; Р'- тбг = агсМ( — иэхгЯсг), где 311 310 или трех участков однородных коаксиальных линии с разными волновыми сопротивлениями. На рис. 3.65 приведена эквивалентная схема РезонатоРа из ДвУх линий. Участок Длиной с1 > сл обРазован коаксиальной линией с волновым сопротивлением кс1. Внутренний диаметр этой линии Н определяется радиатором лампы (рис. 3 64). Участок с КОРОтКОЭаМЫКатЕЛЕМ ДЛИНОЙ Сг ИМЕЕТ Ясг > К'с1 Эа СЧЕТ УМЕНЬШЕНИЯ внутреннего диаметра линии эГг ( с11 или использования спирального резонатора, в котором внутренняя труба заменена спиралью (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
