Устройства СВЧ и Антенны (Д.И. Воскресенский и др) (561333), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Четвертьволноаые трансформаторы: а — аа лртхероролиоя лини», б- нр «оиксиальаен рш коробе На рис. 4.4 представлены эпюры напряжения в линии без согласуюшего устройства н с согласуюшимн чегвертьволновыми трансформаторами (О; > О н О',р < О' ) Рис.4.4. Зпюры иапражениа а линии. а — с юмил склюй иагруткой, б- с комплексной иагруз кап и траисрор матером И,„и', л - с комплексией иагруткой и ~раисформа ором И ся Последовательный мшейф Согласующее устройство в виде последовательного шлейфа представляет собой отрезок обычно короткозамкнутой линии длиной 1 с волновым сопротивлением й', который включается в разрыв опнога из проволов линии (рис. 4.5), Согласование достигается подбором места включения шлейфа в линшо г и ллины шлейфа 1 Найдем л„и 1 из условия согласования линии в сечении т .
В атом сечении входное реактивное сопротивление шлейфа гХ (1 ) включено последовательно с входным сопротивлением линии Ри'45.Со"'а'Ую'пий посяедоаательммй 7 (л )=й (л )о!Х (л ). Сумма зтих сопротивлений должна быть равна волновому сопротивлению линии; шлейФ 2 (т )о Х (1„)ийм( )огХ,„(е ) 1Х (1 )мй'.
Отсюда находим й,„(т„) = И', (4А) Х (1 ) =-Х (т ). (4. 5) Из (4.4) можно найти л, а из (4.5) — 1 . Расчетные соотношениЯ могУт быть представлены в виде г = ((1/7)ага!В(119(л„), ! =(!/Д) асс!В((lс -1)г/ч/4 ), /7 = 2Я/2. Таким образом, из этих соотношений следует, что последовательный шаейф необходимо включать в таком сечении линии, где активная часть се входного сопротивления равна волновому сопротивлению линии. Длину шчейфа следует подбирать такой, чтобы его реактивное сопротивление было равно по величине и противоположно по знаку реактивной части входного сопротивления линии вместе включения шлейфа.
Перечисленным условиям удовлетворяют, например, сечения г, н гз(см. рис. 2.19) линии, нагруженной на активное сопротивление. В сечении ."~ шлейф должен иметь индуктивное,а в г, †емкостиое входное сопротивлен. Недостаток такого способа согласования состоит а том, что при изменении нагрузки изменяется не только длина шлейфа, но вместо его включения в линию.
Конструкгивно зто крайне неудобно. Параллельный иамйй). Согласующее устройство в виде параллельного шлейфа показана на рис. 4.6. Как и в прелыдущем случае, согласование достигается подбором места включении шлейфа г а линию и длины шлейфа ! Условие согласования имеет вид У,„(.) -В.(!.)=!!и, где У (г„)=1/(2,„(г ))=О (г )ьгВ (г ) — входлараллельнмйкаротказамкиугый иая проводимость линии в месте подключения шлей- шлсйф фа; О,„,  — активная и реактивная части входной проводимости линии; В (1 ) — реактивная проводимость шлейфа длиной 1 . Отсюда находим (!.„( „) = ! 1!У, (4.6) В.(!.)=-В (,.).
(4. 7) Из'(4.6) можно найти г, а из (4.7) — ! Расчетные соотношения могут быть представлены в виде — г =(1//7)мсгй(1/ /а ) ! =(1/д)жсгй(ч(д /(2 -1)), Ф=2х/2,, где г — расстояние ат нагрузки до первого максимума иатяженнв. Таким образам, из (4.6), (4.7) следует, что параллельный шлейф нужно включать в таком сечении линии, в котором активная часть входной проводимости линии равна волновой проводимости, а длину шлейфа следует выбирать так, чтобы его реактивная проводимость компенсировала реактивную часть входной проводимости линии.
Недостатки параллельного шлейфа такие же, как и у последовательного: при изменении нагрузки изменяется ллииа шлейфа и место его включения в линию В экранированных линиях менятьместо включения шлейфа конструктивно неудобно, поэтому в качество согласующего устройства применжот два и три последовательньгх или параллельных шлейфа. Однако в двухпроводной линии параллельный шлейф может быть сделан подвижным, т.е. перемещающимся вдоль динии. Даа и шри наследаяшигльлых или ларлялгльныл щаей(фа.
Даухшлейфоеыс согласующие устройства показаны на рис 4 7. Принцип работы двухшлейфовога последавательного согласующего устройства состоит в том, что, изменяя длину первого шлейфа ( ь добиваются того, чтобы активная часть входного сопротивления линии в месте включекия второго шлейфа стала равной волновому сопротивлению линии. Подбирая длину второго шлейфа („а, компенсируют реактивную часть входного сопротивления липин. Аналогично работает параллельное лвухшлсйфовое согласующее устройства. Оливка объяснение принципа работы следует провести в терминах входных про. водимостсй.
Недостатком двухшлейфовых согласователей является то, что они могут обеспечить согласование не всех возможных нагрузок. Например, схема рис. 4.7,а обеспечивает согласование нагрузок при й„«О', а схема рис 4.7,8 — при й„>й'. Для устранения этого недостатка используют трехшлейфовые согласующие устройства (рис.
4.8). В согласовании участвуют лва из трех шлейфов. Например, в трехшлейфовом согласующем устройстве с последовательными шлейфами (рис. 4.8,а) при Л„«ГР используются первый и второй шлейфы, как при двухшлейфоаам согласовании. Третий шлейф нотключается», т.е. его длина берется равной 2„/2. При этом входное сопротивление такого шлейфа пулевое и он не влияет на процессы, происходящие в линии. Если И„> й', то используются второй и третий шлейфы, а длина первого берется равной 2,)2. Аналогично работает трехшлейфовос согласующее устройство с параллельными шлейфами (рнс. 4.8,о).
Причем при Я„> й' в рабате участвуют первый и второй шлейфы, а при л„«й' -второй и третий. Рис. 4.7. Днухшленфаные согласующие устраяства; и — с нос»»лнннт»тм ммн ншскфнмм; б- с прнпненьнммншнеафьмн Рнс. 4.8. Трсхшлевфаные согласующие устройства: и — с шм »нанят»» ммм ншсяфнмм, б — с нарын»яьнммн шя»афнмм Конкретная конструкторская реализация согласующих устройств на основе шлейфов определяется типом используемой линии передачи. Рис. 4.9. Согласаванне а полосе частот с помощью адмога шлейфа; а — схема со гвму | а щего устаащзъа, б- пмфяая лпгйатмасщ яагвузхм м шщафа 4.3. Способы широкополосного согласования На практике применяются сочленения и элементы тракта, предназначенныс лля работы в полосе частот 10% и более. Такую полосу час~от принято называть широкой, а устройстац работающие в такой паласе, — широкополоснымц. В технических требованиях к этим устройствам указывается полоса частот (см.
Рис. 4.1) н допустимое рассогласование 4 < я „,„ в этой полосе. Задача широкополосного согласования возникает, например, лрн необходимости стыковки линий передачи с различными размерами юи формами поперечных сечений, а также цри работе тракта с широкополосными сигнаяамзь например, линейно-частотно-модулированными илн шумоподобными. Основными широкополосными согласующими устройствами являются: — широкополосные частотные компеисаторы; — ступенчатые трансформаторы; — неоднородные линии или плавные переходы. Рассмотрим принггип работы каждого из этих устройсш. Принцип частотной лалглелсяцин состоит во взаимной компенсации частотных изменений сопротивлении нагрузки и согласующих элементов. Он применим в том случае, когдд значения О„в рабочей полосе частот близки к волновой проводимости линии 1)Ш, а рассогласование линии обусловлено большим изменением реактивной проводимо.
стн нщ'рузкн Вм. Эти изменения можно компенсировать за счет подбора необходимого закона частотного изменения сопротивления согласующих элементов. Рассмотршб широкополосное согласование с помощью параллельного шлейфа (рис 4.9,а). Предположим, что график проводимости согласуемой нагрузки У„=11'У„мб„+~В„имеет вид, представленный на рис. 4.9,6. На рис. 4.9,в представлен график входной реактивной проводимоспг согласующего шлейфа В, включенного по схеме рис. 4.9,а.
Наклон кривой В подобран примерно равньгм накяону кривой В„с обратным знаком. Поэтому суммарная реактивная проводимость В„тй уменьшается и меньше юменяется с часютой, чем реактивная проводимость нагрузки. В соответствии с (2.23) вхолнае сопротивление корагкозамкнутого шлейфа определяется соотношением 2,„„= Х. = !ЗУ.10!!У!.), Найдем входную проводимость этого шлейфа: у„. = 1]2„„„= В„=(-]ГР)стй]В!.) Тгчитывая, что В =а/и = 2ту"!ое, получим В =] — 1угУ) сЦ2л г! ггое) . Таким образом, подбором величины волнового сопротивления шлейфа и его длины можно изменять наклон кривой В и полосу частот, в которой реактивная проаодиМоеть изменяется в допустимых пределах. Сизуиенчаигые шраисформашоры применяются двя согласования линии с активной нагрузкой или нагрузкой, имеюшей небольшую реактивную составляюшую. Например, согласование при сочленении двух линий передачи с различными волновыми Вопротивлениями достиглется с помоюью промежуточного нерегулярного отрезка липни, называемого трансформатором или лереходач.
Ступенчатые трансформаторы представляют собой каскалное включение отрезков линий передачи с различными вол'новыми сопротивлениями (рис. 4.10), но имеющими одинаковую длину !. Волновыс сопротивления соседних ступенек отлича- ! ! ются на небольшую величину, и отражения ет них невелики. Принцип работы ступенчатого трансформатора заключается в том, что всегда найдутся хотя бы две ступеньки, й, й й.
и й: отражение от которых компенсируется. Чем больше ступенек, тем лучше согласование и шире полоса пропускання. Структура трансформатора определяется числом студснек л, длиной ступеньки ! и отноше Рис.4.10. Ступенчатый трансформатор пнем волновых сопротивлений соседних ступенек. Свойства трансформатора описываются его частотной характеристикой, которая представляет собой зависимость рабочего затухания Е ат частоты. Под рабочим затуханием понимают величину 2 =Р ]Р „или Е(дб)=10]0]Р (Р, ), где РР— мошность на входе и выходе трансформатора соответственно.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
