Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. Том 1 (1970) (1152176), страница 35
Текст из файла (страница 35)
Третий 1плейф, по существу, не нужен и может быть фиксирован, например, на высоте 4 . Если же Оде>~, то Рис. 7.32. Трехшлейфовый трансдля ближайших двух шлейфов на- форматор грузка оказывается в «недосягаемой» зоне. Однако для пары дальних шлейфов в результате трансформации на отрезке линии между сечениями де и вг активная проводимость снова оказывается меньше единицы.
Следовательно, согласование может быть теперь в принципе достигнуто без помощи шлейфа, включенного в сечении де. Трехшлейфовые трансформаторы выполняются как в коаксиаль так и в волноводных линиях с помощью Е- и Н-тройников. При низкой передаваемой мощности шлейфы могут быть заменены штырями (винтами) с регулируемой глубиной погружения. Заметим, однако, что применять две или три реактивные диафрагмы не имеет смысла, так как согласование на фиксированной частоте при фиксированной нагрузке может быть достигнуто с помощью одной диафрагмы. 15 И.
В. Лебедев 225 г. Пластинчатый диэлектрический трансформатор Наряду с рассмотренными простейшими типами трансформаторов находят применение другие устройства, также использующие трансформирующие свойства отрезков передающих линий. В качестве примера рассмотрим коаксиальный трансформатор с двумя диэлектрическими пластинами (шайбами), схематически изображенный на рис. 7.33. Каждая из этих шайб имеет протяженность — — где е — относительная диэлектрическая 4 У611 проницаемость материала шайбы и Х вЂ” рабочая длина волны в свободном пространстве. Для волноводного трансформатора необходимо ~честь длин~ волны Х,, определяемую соотношением (2.55). Шайбы могут перемещаться как одна по отношению к другой (изменение ~), так и совместно при неизменном расстоянии между ними.
Если шайбы сдвинуты вместе, то участок линии, заполненный диэлектриком. составляет половиу ~у ну длины волны и, следовательно, трансформация сопротивления отРис. 7.33. Двухтайбовый ди- сУтствУет. ПРи Расстолнии Ь межэлектрический трансфроматор ду шайбами, равном четверти в коаксиальной линии длины волны, трансформация сопротивления оказывается наибольшей. Можно показать, что максимальная величина КСВ, при которой возможно согласование с помощью такого трансформатора, равна квадрату относительной диэлектрической проницаемости вещества, из которого изготовлены пластины трансформатора. Для изготовления описанных трансформаторов используют диэлектрики со сравнительно высокой диэлектрической постоянной и малыми высокочастотными потерями, например, плавленый кварц.
Полагая для кварца е=3,8 (см. приложение 4), можно сделать вывод, что предельная величина КСВ трансформатора .оставляет около 15. Конструкции пластинчатого и других типов трансформаторов полных сопротивлений, находящих основное применение на практике, описаны в гл. 8, посвященной элементам волноводной техники.
4 7.7. ПРОЧИЕ ВОПРОСЫ СОГЛАСОВАНИИ В качестве фиксированных трансформаторов полных сопротивлений часто находят применение отрезки неоднородных передающих линий СВЧ. Простейшим примером такого трансформа- 226 р (1,2 в полосе частот: не менее + (5 — 10) % от средней часто- ~о ~ы. Требуемая полоса частот доходит иногда до октавы и более.
Кривая б на рис. 7.35 соответствует так называемому максимально-плоскому согласованию. Кривая в, имеющая осциллирующий характер зависимости КСВ от частоты, обеспечивает наибольшую полосу частот при заданном предельном уровне КСВ р„р„или наименьшую величину КСВ при заданной рабочей полосе частот. В частности, для получения оптимального многоступенчатого четвертьволнов ого перехода, упоминавшегося в -г -~ -г и г ~ 6'л~ю Рис. 7.35. Сравнение уакополосного (а) и широкополосного (6, в) согласований 7.6, а и обеспечивающего характеристику типа в на рис. 7.35, характеристические сопротивления каждого четвертьволнов ого трансформатора должны находиться в соотношении, описываемом полиномом Чебышева. В связи с этим такие переходы иногда называют «чебышевскими трансформаторами» 191. Вопросы широкополосности высокочастотных трактов в настоящее время особенно актуальны в связи с разработкой и применением ламп с большим диапазоном механической и электронной настройки — клистронов, магнетронов, ламп прямой и обратной бегущей волны и др.
Все рассмотренные типы трансформаторов, за исключением плавных переходов, являются по своей природе резонансными. Получение согласования в очень широкой полосе (порядка 30— 40%и более) является нелегкой задачей. Оно достижимо лишь в специальных случаях, причем оказывается необходимым знать закон изменения сопротивления нагрузки в зависимости от частоты. Лучший, хотя и не всегда осуществимый способ достижения хорошего согласования заключается не в применении трансформаторов, а в исключении отражений от нагрузок и неоднородностей путем выбора рациональной конструкции последних. Для расширения полосы частот при согласовании желательно включать трансформатор возможно ближе к согласуемой нагрузке (рис.
7.36). При этом уменьшается влияние изменения элек- -грической длины линии на величину входного сопротивления и„следовательно, на величину КСВ при изменении частоты генератора. Включение трансформатора вблизи нагрузки имеет и другие преимущества. К их числу относятся обеспечение большей надежности при высокой мощности и уменьшение потерь в линии, поскольку основная часть линии благодаря согласованию раоотает в режиме бегущей волны*.
Рис. 7.36 Правильное (а) и неправильное (б) включение согласующего трансформатора по отношению к генератору. Вдоль линии построены эпюры стоячей и бегущей волн напряжения При реальной работе с настраиваемыми трансформаторами нет необходимости пользоваться какими бы то ни было расчетами. Режим согласования может быть быстро и легко найден из опыта при контроле величины КСВ или мощности, поступающей в нагрузку (см.
$ 7. 5, а). Таким образом, приведенные выше круговые диаграммы служат лишь для доказательства принципиальной возможности согласования. Однако в случае фиксированных трансформаторов аналитический и графический расчеты дают очень хорошие результаты и обязательно должны применяться ио избежание ненужной экспериментальной работы при изготовлении и проверке опытных макетов трансформаторов. Трансформаторы полных сопротивлений можно с успехом применять не только для согласования, но и для получения заданного рассогласования.
Трансформаторы, используемые для этой цели, часто называют рассогласователями. Рассогласователи оказываются необходимыми, например, при снятии нагрузочных характеристик электровакуумных приборов СВЧ. Особенно удобны для этой цели рассогласователи, позволяющие независимо изменять величи- * Полезно снова сравнить согласование на СВЧ с повышением коэффициента мощности сов ср в электрических сетях промышленной частоты. Выбор места включения трансформатора аналогичен выбору включения компенсаторов непосредственно у потребителя, а не на питающей электростанции. ну КСВ и фазу стоячей волны.
Указанному требованию удовлетворяет, например, двухшайбовый диэлектрический трансформатор. Расстояние между пластинами определяет величину КСВ, а положение пластин при их одновременном перемещении — фазу стоячей волны. Сходными свойствами обладает трансформатор типа одиночного передвижного штыря с переменной глубиной погружения. В заключение следует сделать замечание о физических основах согласования. Устранение отраженных волн достигается путем создания дополнительных волн, отражающихся от трансформатора.
Волны, отраженные от трансформатора и нагрузки, должны интерферировать, для чего требуется обеспечить равенство их амплитуд и сдвиг фаз на 180'. Регулировка трансформаторов сводится, таким образом, к созданию условий, необходимых для полного погашения отраженных волн. Трактовка вопросов согласований в терминах сопротивленийипроводимостей, более подходящих для инженерных расчетов, не должна заслонять простой физической картины интерференции волн в передающих линиях СВЧ, $ 7.8. ПОНЯТИЕ О ПРИМЕНЕНИИ МАТРИЦ ПРИ АНАЛИЗЕ И СИНТЕЗЕ СВЧ ЦЕПЕЙ .Анализ и синтез сложных СВЧ цепей, состоящих из отрезков передающих линий, разветвлений и сосредоточенных сопротивлений и проводимостей, могут быть в значительной мере рационализированы при использовании общей теории линейных многополюсников.
С этой целью к эквивалентной схеме СВЧ цепи можно применить расчеты в матричной форме. Число пар полюсов эквивалентного многополюсника определяется не только количеством реальных волноводных входов, связанных с рассматриваемым- устройством, но, в обшем случае, и числом типов волн (включая волны с различными поляризациями), распространяющихся в волноводах на рабочей частоте. В общей теории низкочастотных цепей широкое применение находят три типа матриц ~2,81. В частности, при рассмотрении каскадного включения, часто встречающегося и в технике СВЧ, может быть использована матрица передачи типа ~А1, представляющая собой квадратную таблицу комплексных коэффициентов А, В, С, В, входящих в основные уравнения четырехполюсника.
Матрица передачи четырехполюсника, соответствующего всему каскадному соединению, равна произведению ~А1-матриц каждогоиз каскадов. При расчетах последовательного и параллельного включений удобно использовать соответственно матрицы полных сопротивлений и полных проводимостей типов [4 и (Ц Матрица эквивалентного четырехполюсника в случае последовательного включения оказывается равной сумме соответствующих Я-матриц, а в случае параллельного соединения — сумме матриц Щ. Последовательность этих расчетов не отличается от ~2~' и здесь может не рассматриваться.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
