Стр.52-101 (1152178), страница 11
Текст из файла (страница 11)
С помощью нагрузочных характеристик удается весьма наглядно обоб шить зависимости, рассмотренные в предыдущих разделах. Рассмотрим линии постоянной генерируемой мощности Р„„= = сопз1 на плоскости круговой диаграммы полных проводимостей нагрузки. Эти линии должны быть проведены через точки, отображающие входные проводимости нагрузки в сечении вз на рис. 3.5, при ко. торых мощность Р„„имеет одну и ту же величину.
Как видно из рис. 3.7, а, а также из уравнения (3.18), мощность Р„„определяется активной входной проводимостью нагрузки б„ и йе зависит от реактивной проводимости В„. Следовательно, линии Р „ = сопз1 должны совпадать на полярной диаграмме с линиями б„= сопз1, имеющими форму окружностей с центрами, лежащими на действительной оси. Область срыва колебаний Р„,„ = О, заштрихованная на рис.
3.7, а, при переходе к круговой диаграмме оказывается расположенной внутри окружности б„ „ре = сопз1, как показано на рис. 3.11, а. Генерируемая мощность равна нулю также на периферийной окружности чисто реактивных входных проводимостей. Между окружностями б„= О и б = б„„ред лежит окружность, где генерируемая мощность имеет максимальную величину. В общем случае окружность (Р,„„) „,„, может не проходить через центр диаграммы, соответствующий согласованной нагрузке. Аналогичным образом можно рассмотреть линии постоянной частоты тг,„= сопз1. Как было показано выше, частота т„„определяется реактивной проводимостью нагрузки и не зависит от активной проводимости б„. Поэтому линии т„„= сопз1 должны совпадать с окружностями В„= сопз1, как показанЬ на рис.
3.11, б. В левой полу- плоскости диаграммы, где реактивные проводимости являются отрицательными и имеют индуктивный характер, частота генерируемых колебаний несколько превышает частоту, которая генерируется при работе на согласованную нагрузку. В правой полуплоскости (емкостная проводимость нагрузки) частота ниже величины тгеи еагк и убывает с ростом величины В„.
На рис. 3.12 показана нагрузочная характеристика генератора, на которой одновременно нанесены линии постоянной генерируемой мощности и постоянной частоты. Поскольку семейства окружностей В„= = сопз1 и б„= сопя( являются взаимно ортогональными, такими же свойствами в рассматриваемом приближении обладают и линии Р„,„ = сопз1 и т„,„= сопз1. На диаграмме заштрихована область срыва, где колебания в генераторе отсутствуют; проведение линий постоянной генерируемой частоты в этой области диаграммы не имеет физического смысла. Окружность постоянного КСВ, равного 1,5, проведенная пунктнром на рнс. 3.12, позволяет еще раз подчеркнуть смысл степени затягнвання частоты Рз.
Величина Р, определяется в данном случае раз-. ностью частот ча н чы ссютветствующнх касанию окружносгн р =* = сопя( = 1,5 н линий та ~ сопз1 н чх = соп$1. рыи-р рад ,а) О Рис. 3 11 Линии постоянной генерируемой мощности (о) и постоянной частоты (б) на плоскости круговой диаграммы проводимостей нагрузки в полярной системе координат Нагрузочные характеристики, используемые в практнческнх целях, обычно не рассчитываются, а непосредственно измеряются с помощью рассогласователя, имитирующего работу генератора на меняющуюся 0 Рис. Злй. Идеализированная иагрузочная харак.
теристика генератора СВЧ с резонансной колеба- тельной системой нагрузку*. Приводимое здесь рассуждение позволяет, таким образом, яснее понять закономерности нагрузочных характеристик н нх связь с электронными процессами внутри лампы. ч Снятие нагрузочных характеристик принято производить при неизменном постоянном токе га, проходящем через генератор. Может возннкнуть вопрос, какой внд имеет нагрузочная характерястнка генератора с независимым возбуждением, т. е. усилителя Очевидно, что построе.
нне лннпй т= сопя) для усилителей лншено смысла, так как прн отсутствнн самовозбуждення частота установившихся колебаний определяется только часто той входного сигнала (можно говорить лишь о затягивании фазы выходного снгнала усилителя). Что касается линий постоянной выходной мощности усилителя, то нх построение вполне возможно Анализ показывает, что этн линии, как н в случае автогенератора, прнблн жаются к окружноствм.
Существует оптимальная величина б„, прн которой выходная мощность усилителя имеет максимум; фнзнческое обоснование этого было дано в 5 2.4, в. Однако в отличие от генератора область срыва колебаний в случае уснлнтеля отсутствуег. С фнэнческой точкн зрения последнее нетрудно понять, учитывая, что группнрованиеэлектронного потока пронсходят неэавнсн. мо от процесса отбора СВЧ мощности. д. Э41((мяг длпппой линии При выводе уравяеняя затягивания частоты не предполагалось, что нагруэ. на может обладать частотной селектнвностью.
Поэтому можнобыло рассматрнвать влиянне нагрузки на частоту генернруемых колебаний, не учитывая обрат. ного влияния частоты на велнчнну проводимости нагрузки В действнтельностн, однако, на сверхвысоких частотах входная проводимость линни зависят от частоты даже прн условии, что сама нагрузка не является функцией частоты. Рассмотрим частоту установившихся колебаннй автогенератора в случае, когда между генератором н нагрузкой включена длинная линия любого типа. Предположим для простоты, что полная проводимость собственно нагрузки остается в первом прнблнженнн неизменной прн малых изменениях частоты.
Тогда изменение входной проводнмостн нагрузки в точках зг на рнс. 3.5 определяется только электрической длиной линяя н величиной КСВ 'нагрузкн. С увелнченнем частоты точка на полярной днаграмме, описывающая входную проводимость в точках эг, двигается по окружности постоянного КСВ в направления двнження часовой стрелкн.
Положнм, что прн данной нагрузке комплексный коэффициент отражения равен Г = 1 Г) егч. тогда фаза стоячей волны ф на выходных зажимах генератора равна 4я( ф= р — 2()1 Ф вЂ” —, (3. 28) з где 1 — геометрическая длина между генератором н нагрузкой н () — фавовая 2п постоянная линии, равная —. д Отвлечемся для простоты от дисперсии в линии (существованне дясперсян может только усилить опнсываемые ниже нежелательные явления). Считая, что длина волны Хэ в линии равна длине волны Х в свободном пространстве, получаем нэ (3.28): 4п( ф=ф- — ч, с (3.
29) где ч — частота рассматриваемых (генернруемых) колебаннй и с — скорость света в свободном пространстве. Зависимость ф= г (ч) по уравнению (3.29) имеет линейный характер, как показано на рнс. 3.13, а для различной длины линии 1 прн разных фазах коэффициента отражения <р. С другой стороны, нзмененне фазы стоячей волны ф на выходе генератора прн постоянном значении КСВ вызывает затягивание частоты генератора. Проведя окружности р = сопз1 на нагрузочной характеристике, можно построить кривые т„ея = 1(ф), изображенные на рнс.
3.12, б (см. также рис. 3.10, б).- Совместим рассматриваемые графики. Частота установившихся колебаний определяется точкамп пересечения фааовой прямой ф 1(ч) с кривой затягивания чып Г (ф), как показано на рнс. 3.13, э. В эавкснмостн от длины ляпни воа- можны пересечения фаэовой прямой о кривой затягиваняя.либо в одной, либо в нескольких точках. В носледнем случае необходимо исследовать. стабильность генерируемой частоты. Точка А на рис 3.13, э является неустойчивой, гак как всякое небольшое увеличение частоты приводит к такому изменению фазы ф, которое вызывает дальнейшее повышение генерируемой частоты Аналогичный неустойчивый процесс должен происходить в точке А при всякой флуктуации частоты в сторону ее уменьшения.
Что касается двух других точен Б и В, соответствующих пересечению рассматриваемых графиков, то генерация оказывается устойчивой. Поэтому возникает вопрос, какая из двух частот ч, н ч будет генерироваться данным генератором, чэ оган Огеэ сэгэ Рис 3!3. Эффект длинной линии при работе генератора СВЧ Опыт показывает, что в подобных случаях, если генератор работает в импульсном режиме, часть импульсов генерируется иа частоте т, и часть — на частоте тм Таким образом, автогенератор может работать с перескоками на двух близко расположенных частотах даже атом случае, когда используется один и тот же вид колебаний резонансной системы.
Эффект длинной линии проявляется не только у импульсных генераторов, но и в случае генераторов непрерывно о режима. Особые осложнения возникают при работе на длинную линию генераторов, имеющих механическую настройку. Кривая механической настройки (зависимость частоты генерируемых колебаний от положения органа настройки) перестает быть монотонной н может даже стать прерывистой Наблюдаются крайне нежелательные явления гистереэиса настройки. Рассматривая рис. 3.13, нетрудно придти к выводу, что эффект длинной линии проявляется лишь при электрической длине линии, превышающей некоторую критическую величину. Эта критическая длина определяется производной функции затягивания частоты в точке ф = —. Если прямая ч„е„= 1 1ф) имеет м 2 очень большой наклон, то существует только одна точка пересечения рассматри.
ваемых функций и, следовательно, только одна частота установившихся колебаний. Для устранения эффекта длинной линии можно: 1) уменьшать длину высокочастотного тракта до величины, обеспечивающей существование только одной генерируемой частоты; 2) уменьшать КСВ нагрузки, что способствует уменьшению наклона кривой затягивания в точке ф = и. 2' 3) включать между генератором и нагрузкой невзаимный развязывающий ослабитель — ферритовый вентиль нли циркулятор [1). При практическом использовании многих генераторов СВЧ, в зависимости от обстоятельств, используют все три указанных пути. Обычно предельная допустимая величина КСВ составляет!,2 — 1,5 Напомним попутно, что ограничение величины КСВ желательно и.с точки зрения электрической прочности вывода энергии и всего высокочастотного тракта.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
