Стр.52-101 (1152178), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Велйчина У е, входящая в (3.18), в свою очередь является функцией проводимости 6„(см. рис. 3.8, а). При 6„= 0 амплитуда колебаний в резонаторе имеет наибольшую величину> но мощность Р, нвиг г ° Можно показать, что этот козффнииепт равен —, где У вЂ” харак- ('„~,6 тернстнческен (волновзн) проводимость выходной передагощей линни. йт сопротивление (проводимость) нагрузки к воображаемым зажимам выходного зазора.
Общая эквивалентная схема генератора с выводом энергии изображена на рис. 3.5, а. Трансформация параметров нагрузки к зазору аб согласно уравнению (3.18) равна нулю. С увеличением 6„амплитуда У „уменьшается и обращается н нуль при 6п „„= 16;а 4 — 6'. Отдаваемая в нагрузку мощность по (3.18) снова становится равной нулю. Следовательно, по теореме Ролля при некоторых промежуточных значениях проводимости 6„мощность Р,„„должна проходить по крайней мере через один максимум, как показано качественно на рис. 3.?, а. азя з О а) и, Ом Б) и Рис 3.6. Нахождение зависимости амплитуды генерируемых колебаний от величины активной проводимости нагрузки рга» игзн 0 Онг Онг Оа а) Рис 3.7 Зависимость генерируемой мощности от активной проводимости внешней нагрузки Кривые (о) и (б) соответствуют случаям, показанным на рис 3.6, а, б Пользуясь описанными методами, нетрудно найти, что при немонотониой зависимости — 6,',((l„) (см.
рис. 3.6, б) изменение активной проводимости нагрузки сопровождается скачками мощности и гистерезисом, как показано на рис. 3.7, б. Стрелками на этом рисунке указано направление изменения выходной мощности рассматриваемого генератора. 68 Проведенные -рассуждения показывают, что для автогеиератороь СВЧ при неизменной активной проводимости резоиаториой системы =уществует оптимальная величина активной нагрузки 6„,„„при когорой мощность, поступающая в нагрузку, максимальна. Существует также некоторая «предельиая» величина С„„рен, при которой наступает срыв генерации.
Область срыва заштрихована иа рис. 3.7, а. Величина активной проводимости нагрузки 6„ всякой колебательной системы обратно пропорциоиальиа внешней добротности 00 срыва рассчитать генерируемую мощность 0 вн гя!и вг и сформУлировать Ребоваиии трап Р 3 8 3 и нмо ть мо ности сформиРУю«цемУ действию вывода ентотенератора от величины ннешэиергии, например, из условия отда- неа довротностн нояеввтельноя чи максимальной мощности в иагруз- системы !нрн отсутствии гнстеку.
В действительности выполнять это условие целесообразно ие всегда, так как при увеличении связи колебательной системы с нагрузкой ухудшается стабильность частоты генерируемых колебаний. Этот вопрос, однако, заслуживает отдельного рассмотрения. Поэтому зависимость, представлен иую иа рис. 3.7,а, можно выразить также через величину 6,ш как показаио иа рис. 3.8. Существует «оптимальиая» величина 6,„ „„ при которой достигается максимум мощности, поступающей в нагрузку. Зная характеристику активной электроииой проводимости, можно 0 ! ! ! ! ! ! ! ! ! в. Затягивание «в«тоти Изменение полной проводимости иагрузки при фиксированном режиме питания генератора приводит к изменению частоты генерируемых колебаний.
Это явление, в отличие от рассмотренных ранее электрон. ного смещения частоты и электронной настройки, принято называть затягиванием частоты. Обратимся снова к эквивалентной схеме генератора с резонансной колебательной системой, изображенной иа рис. 3.5, б. Выбор плоскости отсчета вг, соответствующей воображаемым входным зажимам вывода энергии со стороны передающей линии, позволяет вести анализ с использоваиием привычиых понятий нормированных проводимостей Ш. Таким образом, в дальнейшем трансформированные параметры резоиаисиой системы и электронного потока 6', В', 6,', и В,'„а также проводимости нагрузки 6„и В„будут подразумеваться выраженными в относительных единицах по отношению к характеристической (вол. новой) проводимости линии, принимаемой равной единице.
Появление реактивной проводимости нагрузки В„в сечении вг можно представить, как включение параллельно колебательной системе генератора дополнительной иидуктивиости или емкости. Поэтому частота генерируемых колебаний т„н должка повышаться при отрица- 89 В'+ЬВ'+В,',+В =О. Отсюда с учетом (3.19) получаем: ЬВ'+ В„= О. (3.20) Приращение реактивной проводимости резонатора легко связать с изменением частоты, используя выражение внешней добротности Я, . Поскольку величина добротности инвариантна при изменении плоскости отсчета, уравнение сгл„ в сечении вг на рнс. 3.5, б приобретает внд ' = — '(т),,.
Отсюда с учетом линейного характера изменения В' = )(ч) вблизи резонанса имеем: ) ЬВ' =29ен — ". (3.21 со Подставим (3 21) в уравнение (3 20). Величина Лт,входящая в (3 21) определяет теперь изменение частоты генерируемых колебаний: тельной (индуктивной) входной проводимости нагрузки и понижаться при положительной, т. е. емкостной проводимости В„. Каждой фиксированной величине В„ соответствует неизменная частота тг Изменение полной входной проводимости нагрузки удобно выражать в терминах коэффициента стоячей волны (КСВ) и фазы стоячей волны по отношению к зажимам вг (см. рис.
3.5). Затягивание частоты принято характеризовать максимальным изменением частоты, происходящим прн каком-либо фиксированном значении КСВ, если фаза отражения изменяется на 180 электрических градусов, т. е. в любых физически осуществимых пределах. Положим сначала, что на конце выходной линии включена согласованная нагрузка, т. е. коэффициент стоячей волны в линии р = 1. Тогда в сечении вг на рис. 3.5, б имеем: В„= 0; бн = 1.
Частота колебаний тге„„г„, генерируемых в этом режиме, определяется равенством нулю суммы реактивной проводимости контура В' и реактивной электронной проводимости В„: т =тген. согл1 Вел+ В =О. (3.19) Если р ) 1, то в левой части уравнения (3.19) появляется третье слагаемое — входная реактивная проводимость В„ линии в сторону нагрузки. При малых изменениях частоты можно полагать В„ = = сопз1. Следовательно, для того, чтобы в установившемся режиме сумма всех реактивных проводимостей в сечении вг снова стала равной нулю, существует единственная возможность — автоматическое изменение частоты генерируемых колебаний, обеспечивакицее изменение реактивной проводимости колебательной системы на величину ЛВ'. Ьт М; йт — — "' В гев1 гев ~ в.
(3.22) Вах)» ех)»ела (2 б) Рнс. Зкн Нахождение максимальной и минимальной входных реактивных проводимостей на диаграммах полных проводимостей в прямоугольной(а) н полярной(б) системах координат рис. 3.9, а, поскольку абсолютная величина этих проводимостей равна радиусу )се окружности постоянного КСВ. Этот радиус, как известно ра из теории круговых диаграмм Ш, равен —.
2р Заметим, что выражение )св можно получить, минуя детальные расчеты и рассматривая точки пересечения окружности р = сопз1 с осью активных проводимостей. Координаты этих точек при любом типе ди- 1 аграммы составляют соответственно р и —. Поэтому диаметр окружности Р 1 р = сопз1 в прямоугольных координатах на рис. 3.9, аравен (р — — ), Р что дает указанную выше величину )те. Характер изменения реактивной входной проводимости в зависимости от фазы стоячей волны, вытекающий нз рис.
3,9, качественно показан на рис. 3.10, а. Через 1здесь обозначена геометрическая длина линии между генератором и нагрузкой, )ь, — длина волны в данной линии с учетом дисперсии. Таким образом, максимальная и минимальная реактивные проводимости нагрузки Вго входящиев (3.22), составляют в относительных единицах ра (Ви)макс~ = (Ввх)макс, = ~ ° ман ман 2р (3. 23) Следовательно, для расчета максимального затягивания частоты по (3.22) необходимо определить пределы изменения реактивной входной проводимости длинной линии при произвольном изменении фазы стоячей волны, если задана величина КСВ в линии, равная р. Соответствующее графическое построение показано на рис.
3.9, где про-. ведены окружности р = сопз1 на плоскостях прямоугольной и полярной диаграмм полных проводимостей. Максимальная и минимальная реактивные входные проводимости (Вв„)м„, и (В„)„,„особенно просто вычисляются с помощью Подставляя (3.23) в уравнение (3.22), получаем наибольшее изменение частоты генератора в обе стороны от частоты ччеи.
оогл равным (3.24) На рис. 3.10, б показан характер изменения частоты при различной фазе стоячей волны на выходе генератора. зввх Полное изменение частоты рав,)(вв„)„',„, —— но удвоенному изменению частоты, рзввлва описываемому уравнением (3.24): 025~ Лв,) — ---+ х ион ! Язи йр (,0 ! где тз — резонансная частота «холодной» колебательной системы ге- 1 Условимся называть степенью затягивания частоты г, наибольо шее изменение частоты под влиянием внешней нагрузки, соответствующее величине КСВ, равной 1,5. Полагая в (3.25) Р = 1,5, имеем: (ля)изз Рис. 3.!О.
Изменение входной реактивной проводимости рассогласованной линии в зависимости от ее электрической длины и соответствующее изменение (затигивание) частоты ге. нерируемых колебаний Р ж0,4!7 з 0зн (3.26) Степень затягивания частоты является важным параметром современных генераторов диапазона СВЧ. Если известна величина г„ нетрудно вычислить затягивание частоты при любой другой величнйе КСВ нагрузки: ( тген)Р Рз' 1 2 Р (3. 27) Затягивание частоты тем меньше, чем выше внешняя добротность резонаторной системы генератора.
Требование малого затягивания, таким образом, не совпадает с условием отдачи максимальной мощности (ср. рис. 3.8). Выбор внешней добротности резонатора следует производить из компромисса между величиной отдаваемой мощности и стабильностью частоты. В зависимости от требований, предъявляемых к генератору, часто приходится жертвовать большой мощностью. Внешнюю добротность большинства современных автогенераторов СВЧ с резонансной колебательной системой приходится выбирать не ниже 50 — 100, а в ряде случаев доводить ее до 300 — 400.
При этом степень затягивания не превышает долей процента от основной частоты, что обычно допускается условиями эксплуатации, например, в передатчиках радиолокационных станций. е. йагиузаакые карактеригтики Графики зависимости частоты н мощности генерируемых колебаний от полной проводимости или от полного сопротивления нагрузки принято называть назрузочными характеристиками генераторов СВЧ. Наибольшее распространение нашли нагрузочные характеристики, построенные на плоскости полярной диаграммы Вольперта — Смита.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
