Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. Том 1 (1970) (1152176), страница 34
Текст из файла (страница 34)
1 четв ертьволнового трансформак) тора нельзя. Далее, диапазон волн, в котором сохраняется приемлемое согласование, ограничен, поскольку длина трансформирующей секции устанавливается с расчетом на известпую длину волны. Четвертьволновые трансформаторы используются в случаях, когда нагрузка фиксирована в достаточно узких пределах. Наи- Рис. 7.27. Применение четверть- волнового трансформатора для согласования комплексной на- грузки * Невозможность согласования нагрузки с бесконечно высоким значением КСВ вытекает из энергетических соображений, поскольку при Р— ~ ~о потери в нагрузке отсутствуют. Вся энергия падающей волны должна отражаться к генератору. 220 более часто они применяются для согласования передающих линий СВЧ, имеющих разные размеры поперечного сечения.
Четвертьволновые трансформаторы широко применяются также в выводах энергии некоторых типов электровакуумных приборов СВЧ, в особенности магнетронов. В этих случаях четвертьволновый трансформатор включается между колебательной системой генератора и выходной линией (волноводом). Иногда в качестве волноводного четвертьволнового трансформатора используются не только обычные прямоугольные волноводы, но и волноводы с более сложной формой поперечного сечения, например, Н-образные волноводы, описанные в ~ 5.8,а. Для расширения полосы частот, в пределах которой обеспечивается приемлемое согласование, часто пользуются не одним, а несколькими четвертьволновыми трансформаторами, располагаемыми в виде ступенек один за другим.
6. Трансформатор типа одиночной передвижной реактивной проводимости Если согласуемая нагрузка изменяется в широких пределах, может быть с успехом применен трансформатор, принципиальная схема которого показана на рис. 7.28,а. В этом случае по передающей линии перемещается чисто реактивный элемент с переменной проводимостью ~В, шунтирующий данную линию. В качестве такого элемента может быть использован короткозамкнутый шлейф, длина которого изменяется с помощью передвижного мостика или поршня (рис. 7.28,6) . В волноводных линиях с этой же целью применяют передвижной реактивный штырь с регулируемой глубиной погружения.
Трансформаторы типа одиночной передвижной реактивной проводимости получили название одношлейфовых трансформаторов, в отличие от двухшлейфовых и трехшлейфовых трансформаторов, рассматриваемых в дальнейшем изложении. Объяснение действия одношлейфового трансформатора можно дать с помощью круговой полярной диаграммы. В связи с тем, что согласующий элемент включен в основную линию параллельно, удобно воспользоваться диаграммой в терминах проводимостей.
Соответствующее построение приведено на рис 7.29. Точкой У„ на диаграмме обозначена проводимость нагрузки в относительных единицах. Изменение расстояния ~- ог нагрузки до точек включения шлейфа соответствует перемещению по окружности р = сопя$. Роль согласующего элемента сводится в данном случае только к изменению реактивной проводимости. В этом нетрудно убедиться на примере шунтирующего шлейфа, рассматривавшегося в ~ 7.4,д. Активная проводимость линии шлейфом изменена быть 221 не может. Поскольку для согласования требуется единичная активная входная проводимость, очевидно, что согласуюший реак тивный элемент должен быть помещен в сечении линии, где активная составляющая входной проводимости равна единице.
На круговой диаграмме (рис. 7.29) имеются две точки А и Б, соответствующие пересечению окружности р = сопят с окружно- Рис. 7.29. Объяснение действия одношлейфового трансформатора на полярной диаграмме полных проводимостей Рис 7.28. Трансформатор типа одиночной передвижной реактивной проводимости (одношлейфовый трансформатор) 222 стью 6=1. Отсюда определяется расстояние от нагрузки до шлейфа или штыря, соответствующее фазовым углам ~ — ~ и ~ — ~,.
~в 1 ~в После того, как штырь или шлейф установлен в одном из указанных положений, необходимо изменять величину его реактивной проводимости таким образом, чтобы суммарная реактивная проводимость стала равной нулю. Этому соответствует движение по окружности 6=1 по направлению к центру круговой диаграммы. Из рис. 7.29 можно заключить, что согласование с помощью одношлейфового трансформатора возможно при любых конечных значениях КСВ нагрузки. Трансформатор с передвижным шлейфом имеет некоторые конструктивные недостатки — наличие скользящих контактов в основной линии. Волноводный штыревой трансформатор обусловливает также снижение пробивной прочности тракта. Как и в случае четвертьволнового трансформатора, согласование, обеспечиваемое одношлейфовым трансформатором, не является широкополосным.
При изменении рабочей частоты согласование необходимо осуществлять заново. В качестве фиксированных трансформаторов типа шунтирующей реактивной проводимости могут с успехом применяться индуктивные и емкостные диафрагмы. Методика расчета места включения согласующей диафрагмы такова же, как при использовании шлейфа или штыря. Величина реактивной проводимости диафрагмы ~В, необходимая для согласования, также определяется из круговой диаграммы по точке пересечения окружностей р = сопят и 6 = сопят = 1.
Нетрудно видеть, что диафрагма, соответствующая согласованию в точке А на рис. 7.29, должна иметь индуктивный характер, поскольку входная реактивная проводимость в рассматриваемой точке является емкостной. Наоборот, в режиме, соответствующем точке Б, следует использовать емкостную диафрагму. Размеры диафрагм определяются по известной величине ~В с помощью формул или графиков, приведенных в ~ 6.4.
Практически предпочтение отдается обычно индуктивным диафрагмам, не вызывающим заметного снижения пробивной прочности волновода. Применение диафрагм возможно в тех случаях, когда величина проводимости нагрузки известна и более или менее неизменна в рабочих условиях. При меняющейся нагрузке в волноводных линиях приходится пользоваться вместо диафрагм согласующим штырем. Конструкция трансформатора в виде передвижного шлейфа нашла лишь ограниченное применение, главным образом, в открытых двухпроводных линиях на сравнительно длинных волнах.
в. Двухшлейфовььй и трехшлейфовый трансформаторы Рассмотрим согласование при помощи двух неподвижных шунтирующих реактивных проводимостей, например, шлейфов, включенных в линию на расстоянии Е, отличном от половины длины волны~. Реактивная проводимость шлейфов изменяется путем перемещения короткозамыкающих мостиков или поршней. Анализ действия трансформатора начнем с точек аб на рис. 7.30, а. В этих точках при наличии согласования полная входная проводимость в относительных единицах (У„) ~б должна быть равна В процессе согласования шлейф не может изменить активной составляющей проводимости в указанных точках. Поэтому полная входная ' В противном случае два шлейфа были бы эквивалентны одному неподвижному шлейфу, что сделало бы согласование в общем случае невозможным при неподвижных шлейфах.
223 проводимость линии без шлейфа У ы правее точек аб (рис. 7.30, 6) должна лежать на окружности 0=1, как показано на круговой диаграмме проводимостей на рис. 7.31, а. Полная входная проводимость линии вместе со вторым шлейфом В точках вг (Увх) вг отличается от проводимости У а~ поворотом по диаграмме на угол —.
Следовательно, геометрическим местом точек, на 8 ~Мюг Рис. 730. Двухшлейфовый трансформатор полных со- противлений Рис. 7.31. Объяснение действия цвухшлейфового трансформатора на диаграмме полных проводи- мостей котором должна находиться проводимость (У„)„, является окружность 6=1, повернутая против часовой стрелки на указанный угол. На рис. 7.31, а длина 1 выбрана равной Шлейф, включенный в точках вг, также не может изменить активной проводимости. Для того, чтобы попасть на окружность (У ~)вг и потом обеспечить согласование с помощью двух шлейфов, необходимо, чтобы 224 проводимость У правее точек вг лежала за пределами заштрихованного круга на рис. 7.3$, а.
Этот круг ограничен окружностью б=сопз1, касательной к окружности ( увх) вг Проведенное рассуждение показывает, что двухшлейфовый трансформатор имеет некоторую «недосягаемую зону» проводимостей нагрузки ~'в на круговой диаграмме. Чем ближе расстояние 1 к 4, тем эта зона больше. Для каждого фиксированного значения Ь существует предельная величина КСВ нагрузки, когда согласование возможно при любой фазе стоячей волны. При более высоких значениях КСВ двухшлейфовый трансформатор обеспечивает согласование лишь при определенных значениях фазы, когда проводимость нагрузки в сечении ближайшего к ней шлейфа не попадает в заштрихованный круг.
~в случае 8, показанном на рис. 7.31, а, предельная величина КСВ равна 2. На рис. 7.3$, бдля наглядности показан процесс согласования нагрузки с проводимостью, обозначенной на диаграмме точкой У. Невозможность согласования при любых конечных значениях КСВ нагрузки является недостатком двухшлейфового трансформатора.
Тем не менее, двухшлейфовые трансформаторы часто применяются в коаксиальных и волноводных линиях для согласования нагрузок, характеризующихся умеренными значениями КСВ. Расстояние между шлейфами выбирается ~в 3 5 обычно равным нечетному числу 8, например 8 ~, или 3 ~,. В случае волноводных систем используются Е- и Н-тройники, эквивалентные схемы которых обсуждались в 3 6.6.
Для согласования нагрузок, характеризующихся любыми конечными значениями КСВ, можно применить трехшлейфовый трансформатор, схематически показанный на рис. 7.32. Трехшлейфовый трансформа- ~юй л. р~ тор можно мыслить, как комбинацию двух двухшлейфовых трансфор- У~ маторов. Расстояние между всеми шлейфами можно выбрать равным ~ ун 4 . В случае, когда активная вход- д ная проводимость в точках де меньше единицы„для согласования до- т статочно использовать пару шлейфо в, ближайших к нагрузке.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
