Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. Том 1 (1970) (1152176), страница 33

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

Текст из файла (страница 33)

Козффициент поглощения двухполюсника А, определяемый при подаче монохроматического сигнала со стороны линии, составляет А=1 — Я'. Следовательно, шумовая температура рассогласованного шумящего двухполюснпка оказывается равной Тш рассогл — — Тш.согл (1 — ~ Г~'). (7.49) Зависимости пробивной прочности тракта и потерь в линии от согласования с нагрузкой сами по себе указывают на желательность включения генераторных приборов СВЧ на согласованную нагрузку.

Согласование играет особенно важную роль для нормальной работы мощных источников СВЧ колебаний. Существуют, однако, и другие причины, в силу которых требования к согласованию нагрузок ламп СВЧ делаются особенно жесткими. При изменении сопротивления нагрузки, на которую работают лампы, в большинстве случаев наблюдаются изменения как генерируемой мощности, так и частоты генерируемых колебаний. Последнее явление, которое принято называть затягиванием частоты, подробно рассматривается во второй части курса, посвященной электровакуумным приборам СВЧ.

В процентном выражении затягивание частоты невелико и, как правило, не превышает 0,5% от средней частоты. Так, при КСВ, равном 1,5, частота колебаний, генерируемых типичным магнетроном 3-см диапазона, может меняться в пределах примерно 15 ЛХгу. Тем не менее, затягивание частоты играет существенную роль при эксплуатации автогенераторов СВЧ и является весьма нежелательным явлением. Чем лучше согласован СВЧ тракт, тем выше стабильность частоты генератора.

Максимальная допустимая величина КСВ для большинства мощных генераторов не превышает 1,5. В этом режиме стабильность частоты лежит в допустимых пределах при достаточной величине генерируемой мощности. Это уравнение накладывает довольно жесткие ограничения на согласование калиброванных измерительных шумовых генераторов СВЧ диапазона. Обычно допустимая величина КСВ таких генераторов во всем рабочем диапазоне частот не должна превышать 1 1 — 1 ~ Кроме рассмотренных пяти причин, в силу которых стремятся обеспечивать режим согласования, необходимо указать на меньшую частотную селективность линий, работающих в режиме бегущей волны, по сравнению с режимом стоячих волн. Из всего изложенного не следует делать вывод о безусловной необходимости согласовывать высокочастотные тракты во всех встречающихся на практике ситуациях.

Бывают сл~ чаи, когда задача сводится к созданию значительного рассогласования по заранее заданному закону. Однако в подавляющем большинстве случаев приходится сталкиваться с проблемой получения возможно лучшего согласования отдельных звеньев и высокочастотных трактов в целом. 5 7.6. ТРАНСФОРМАТОРЫ ПОЛНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ НА СВЧ Обеспечение согласования является одной из наиболее типичных задач техники сверхвысоких частот. С этой же проблемой приходится очень часто сталкиваться при разработке электровакуумных приборов СВЧ. Необходимость согласования возникает в случаях, когда с передающей линией соединяется заведомо рас- согласованная нагрузка, ли~с ~ С=У бо, что практически то же, Ю при сопряжении линий с разными волновыми (эквп(~~х~а~ =1+~~ д г валентными) сопротивлениу =р+~у~ ~+~у ями.

Для получения согласоваРис 7.24. Согласующий четырехпо- ниЯ в РассЕчкУ пеРеДаюЩей люсник в длинной линии, нагру- линии должен быть включен женной на произвольную нагрузку согласующий четырехполюс- ник, как показано па рис. 7.24. Назначением этого четырехполюсника является устранение отраженной волны, т. е. трансформация активного и реактивного сопротивлений нагрузки из сечения вг в сечение аб к величине Подобная трансформация может быть выполнена двумя принципиально различными способами. Рассмотрим поглощающий четырехполюсник, который не вносит никаких дополнительных отражений, но ослабляет прохо- дящую через него волну. Таким образом, четырехполюсник в этом случае является фиксированным поглои~аюи~им ослабителем или аттенюатором.

Обозначим через 1. ослабление, создаваемое ослабителем. Будем сначала считать, что ослабитель обладает взаимными свойствами, т. е. величина Ь не зависит от направленпя движения энергии. Тогда, увеличивая ослабление, можно получить низкую величину КСВ в линии перед четырехполюсником даже при сильном отражении волны от нагрузки. Пусть ослабление Е составляет 10 дб. В этом случае мощность падающей волны Р„„, поступающая к нагрузке, ослабляется в 10 раз. В наиболее неблагоприятном случае (при полном отражении от нагрузки) вся мощность снова поступает в ослабитель и уменьшается еще в 10 раз.

Следовательно, на входе ослабителя имеется отраженная волна, мощность которой Р„составляет 17о от мощности падающей волны. Поскольку в общем случае по выражению (7.39) Р„,=Р„,„~.Г~', то модуль коэффициента отражения составит ~Г~ =0,1. М~кс,имальный КСВ на входе согласующего ослабителя равен '1,22. Выбирая ослабление в 20 дб, можно снизить наибольший КСВ до р=1,02 и т. д.

Генератор и нагрузка оказываются развязанными между собой, так как величина КСВ в линии практически не зависит от КСВ нагрузки. Поэтому рассматриваемый поглощающий четырехполюсник принято называть развязывающим ослабителем. При использовании описанного метода согласование достигается ценой резкого снижения коэффициента полезного действия всей системы.

Ввиду этого развязывающие ослабители используются главным образом в измерительных установках, где вопрос о к. п. д. не играет решающей роли. Лучшие результаты могут быть получены с невзаимными ослабителями, у которых ослабление падающей волны во много раз меньше ослабления отраженной волны. С этой целью можно использовать разработанные за последние годы ферритовые однонаправленные ослабители (вентили) и другие невзаимные элементы, описываемые в ~ 8.5 и 8.11.

Однако и в этом случае часть высокочастотной мощности, отраженная от нагрузки, безвозвратно рассеивается в виде тепла в ослабителе. 2. С энергетической точки зрения наибольший интерес представляет согласование с помощью недиссипативного четырехполюсника. Согласующее устройство должно тогда обладать свойствами идеального трансформатора, преобразующего высокочастотные напряжения, токи и полные сопротивления из сечения вг в сечение аб (см. рис. 7.24) без внесения активных потерь. Выполнить трансформатор в «классическом» виде из двух катушек на сверхвысоких частотах, естественно, нельзя. Однако трансформирующими свойствами обладают сами передающие линии и включаемые в них неоднородности.

Именно такой вид согласующих устройств и получил в технике СВЧ название 217 трансформаторов полнил сопротивлений. Развязывающие поглощающие ослабители не принято относить к числу трансформаторов, Рассмотрим наиболее распространенные типы трансформаторов полных сопротивлений. а. Четвертьволновый трансформатор Свойства отрезка линии длиной в четверть волны рассматривались в $ 7.4, г. Там было показано, что входное сопротивление ~в линии длиной — равно 4 У~ ~вх н Если сопротивление нагрузки Л „носит чисто активный характер, то при действительном Л„т.

е. в отсутствие потерь, входное сопротивление Л„также является чисто активным. Зго свойство четвертьволнового отрезка может быть использовано для согласования двух линий с разными волновыми (эквивалентными) сопротивлениями У,1 и Л,2 (рис. 7.25). Условием согласования является равенство (7.51) (Л„),б —— Л„. По уравнению четвертьволнового трансформатора в случае, изображенном на рис. 7.25, а, имеем: (~ )' (~вх) аб (7.52) где Г, — волновое сопротивление с огласующего четвертьволнов; го отрезка линии.

Подставляя выражение (7.51) в (7.52), имеем: (7.5З) Аналогично для схемы, показанной на рис. 7.25, б, условие согласования приобретает вид л, = )/Л,л,. (7.54) 218 Примеры устройства четвертьволнового трансформаторл в жесткой коаксиальной линии без диэлектрического наполнени ~ и в волноводе прямоугольного сечения показаны на рис.

7.26, Трансформирующая секция в коаксиальной линии может иметь неизменный диаметр наружного проводника, равный В. Тогда окружности Р=сопз| по часовой стрелке. В точках А и Б, соответствующих максимуму и минимуму напряжения, входное сопротивление согласно выражениям (7.23) и (7.24) является чисто активным: 1 (~вх)д — ~с Р (~вч)А = ~ сР Следовательно, в точке А или в точке Б можно рассечь линию Р и включить четвертьволновую секцию с волновым сопротивлением Х„ соответственно равным (Ус) А ~~с $ Р~ (~с)Б Р Таким образом, возможны два варианта четвертьволнового трансформатора, отличающиеся величиной характеристического сопротивления согласующей секции и расстоянием О от трансформатора до нагрузки (рис.

7.27, а, б ). В коаксиальной линии практически удобнее использовать второй вариант, посколььу согласующая секция легко выполняется в виде передвижной металлической или диэлектрической втулки, обеспечивающей Л',<Л,. Заметим, что в принципе г Б (без учета активных потерь Л в трансформаторе) при помощи четв ертьволнового трансформатора можно согласовать нагрузку с любым конечным значенп- 4 ем коэффициента стоячей волг г ны*. Однако плавно регулировать согласование при изменеХн нии КСВ нагрузки с помощью Л.

Характеристики

Список файлов книги