Устройства СВЧ и Антенны (Д.И. Воскресенский и др) (561333), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Затухание в трансформаторе определяется отражениями от его входа в полосе частот. Прн этом а качестве аргумента функции рабочего затухания Е берут величину В = 2л!12 = 2лу!гс, где с — скорость света в вакууме. Поэтому частотная характеристика трансформатора прелставляет собой зависимость рабочего затухания Е от электрической длины ступеньки. Определение струкзуры трансформатора по заданным полосе частот 202' и допус- тнмомУ Рассогласованию ]г„,м ЯвлЯетсЯ задачей синтеза согласУююего Устройства. Рещение этой задачи рассмотрено ]19]. Наибольшее распространение иа практике имеют трансформаторы с частотными характеристиками двух типов; чебышевская характеристика и максимально плоская характеристика Чсбышевская характеристика описывается полиномами Чебышева и имеет вид 00 Е=зьдзтг(У О), гле Ь, г — иасштабные коэффицкенты; ҄— полипом Чебышева первого рода и-го порялка,' ив число ступенек трансформатора. Типичный график чсбышевской характеристики при л=3 представлен на рис.
4.11,а. На рисунке обозначено: Ь„ — затухание в полосе пропускаиия 2ДВ„, Ь, — затуханиа в полосе заграждения 2ДО,. Характерным для чебышсвских характеристик является наличие равноамплитулиых осцняляций, количество которых ле1 на единицу превышает число ступенек трансформатора. Максимально плоская характеристика описывается функцией вида Е =1 Ь~(гсоэ9) График максимально плоской характериРис.4.П. Частотные характеристика стики показан на рис. 4.11,6. Следует отметить, ступенчатых трансформюоров: что основное отличие трансформаторов с чс- а-чебьжиас«ы, б- чакскчьтьэо шоскм бышсвской и максимально плоской характеристиками состоит в том, что при одинаковых параметрах перекода (Ь„, 2ДВОю Ьо 2ДВ, ) трансформатор с максимально плоской характеристикой имеет большую длину, но более линейную фазочастотную характеристику.
Из выражений, определяющих функции рабочего зшухания Е, следует, что относительно аргумента 9 онн периодические с периодом л. Практически исполюущся лишь первый период функции, для которого длины ступенек получаются нанменылими. Плавные переходы попользуются также Лля согласования активных нагрузок и могут рассматриваться как предельный случай ступенчатого перехода при увеличении числа ступенек л да бесконечности н неизменной ллине перехода.
Частотные характеристики плавных переходоа непериодические. Наиболее часто употребляются иа практике зкспоиеициальный переход, чебышевский переход и вероятиостимй переход, являющийся предельным случаем ступенчатого перехода с максимально плоской характеристикой. Плавный переход, цо существу, является нерегу- лярной двухпроводной линией перслачи, в которой по- л д о функцией продольной координаты. При этом эквивалентная схема элементарного участка такой линии ллиной ск имеет вид схемы для регулярной линии Есм. рнс.
2.10). Поэтому остаются спрааеллнвыми телеграфные уравнения гх.2). Все входящие в эти ураанеРис. 4дз. Плавный пе жхоч ниа величины зависЯт от .". В частности, дла двУкпРоввилеэкслоненцнальлов линии водной экспоненпиальной линии (рис. 4.12) прл уве- личении з ~У,~ растет, а !Ц уменьшается. Это обусловлено увеличением погонной ннлуктивностн Ь, и уменыпением погонной емкости Сь вызванными увеличением расстояния межлу проводами. Можно подобрать геометрию линии так, чтобы оставалась постоянной вдоль линии величина у = чуу,г, .
Можно показать, что волновое сопротивдение в такой линии изменяется по экспонендиальному закону: и'=й'е"', Ь:. 0, где йя — волновое сопротивление в начале линии; Ь вЂ” коэффициент, определяющий скорость изменения волнового сопротивления вдоль линии. Подбирая значения й'я н Ь, можно обеспечить широкополосное согласование. Вффективность согласования зависит от скорости изменения волнового сопротивления вдоль линии. Чем медленнее изменяется ИЬ тем шире полоса согласования н больше длина перехода. Недостатком плавных экспоненциааьных переходов является их большая длина прн значительных перепадах волнового сопротивления. Например, при 9'(х = 1)7 И; = еь' = 7,4 пропуске на рассогласование !Г ~ К 0,05 длина перехода 7> 32 .
При этом длина оптимального чебышевского перехода в 3-4 раза меньше. Среди плавных переходов лри одинаковых перепадах волновых сопротивлений, нижней граничной частоте и допуске на рассогласование наименьшую длину имеют чсбышевские переходы.
Сравнение ступенчатых и плавных переходов покюывает, что при олннаковых параметрах длина ступенчатого перехода заметно меньше, чем плавного. Однако прн этом полоса пропускания плавного перехода горщдо шире. При повышенных требаваниях к электрической точности плавный переход предпочтительнее ступенчатого Снижение электрической прочности последнего объясняется концентрацией электромагнитного поля в местах стыков отдельных ступенек. Следует отметить, что существует теоретическое ограничение на ширину полосы согласования, которое устанавливается теоремой гране 20/ -к где кэ — добротность нагрузки, определяемая как отношение реактивной мощности, накапливаемой в нагрузке на средней частше уа, к мощности тепловых потерь. Согласо.
ванне невозможно также на частотах, соответствующих бесконечно большим реактивным сопротивлениям или проводимостям нагрузки. 4.4. Согласующме устройства в ливнях перелачн СВЧ рассмотрим согласующие устройства в линиях передачи СВЧ, наиболее распространенные на практике. В волноводных, коаксиатьных и полосковых трактах СВЧ применяются следующие типы соглвсую1пнх устройств: четеертьволноаые мрансфарматары; лошедаяамсльные и параллельные шяеяязьч смуискчамия и каляные иерсходы.
Кроме того, в волноводных трактах в качестве согласующих устройств используются диафрагмы н реактивные штыри. на рис. 4.! 3 лредставдены варианты волновод- 81 ного исполнения четаертьвалнавых трансформаторов. При переходе от волновала, заполненного диэлектриком с относительной диэлектрической пронипаемостью е„ к пустому волнааолу может быть использован трансформатор, показанный на рис. 4.13,О. Трансформатор ллиной Я,)'4 частично заполнен диэлектрикам н имеет волновое сопротивление, равное среднему геометрнческому волновых сопротивлений соединяемых волноводоа: И =Я~„ )Р =)Р„ лб()2а). Рне.
4.13. Четвертьволновые трансформаторы в волноволнам исполнении ллл согласования: л — волновозов о рюличнмм диэлектрическим зшюлненнем, 6 - волновоэов е рвзличнмми резмервми узких стенок„е- еолюеолов е резв ичиммн рвзмераии широких стенок На рис.
4.! З,бл представлены четвертьаолновые трансформаторы, предназначенные для оагласования перехода прямоугольных волноаодов с различными волновыми сопротивлениями. В частности, для валноводов с различными размерами узких стенок размер Ь, опредсяяется нз условия Ь =,/Ь,Д, а для волноводов с различными рвзме- К1..=баул О Г И; И'з Варианты коаксиального выполнения четвертьволновых трансформаторов показа- И) ны на рис.
4.13. Диаметры проводов коаксиала-трансформатора определщотся из условил согласованна И' = ч)йеукл и выРажения для вОлнового сопротивлении коаксиала 434 (см. табл. 2.3). На рис. 4.14 показана топология четРие.4.14. Полосковый четвергыюлноный вертьводиового трансформатора в полоска- согласующий трансФорматОР вом исполнении. Для лелей согласования в трактах СВЧ используются короткозамкнутые Реактивные шлейфы. Варианты исполнения шлейфов ггоказань~ на рис.
4.15. Короткое замыкание в валноводных (рис. 4.15,л,б) и кааксиальных 1рнс. 4.15,е) шлейфах достигается размещением в ннх проводящих поршней, рюмеры попеРечного 62 сеченгы которых обеспечивают короткое замыкание стенок волновода и свободное перемещение поршня вдоль волновода !на рисунках поршни не показаны). На рис 4 !5,г-е покюана топология полосковых шлейфов. Параллельный рюамкнутый шлейф !рис. 4.15.г) имеет смкостный характер входного сопротивления: Х =-О' сгй(б!) , при ! < А, 14.
Параллельный короткозамкнутый шлейф (рис. 4 15,д) имеет индуктивный характер входного сопротивления Х = М" 18!17!) при ! сйыГ4, Короткое замыкагще достигается соединением металлической перемычкой через отверстие в подлозкке по. лоски и металлического экрана. Последовательный полосковый шлейф и его зквива. лентная схема показаны на рис. 4.! 5,еле. Параметры эквивалентной схемы определяются из соотношений Рнс. 4.! 5. В!лейфьь ' а- ввселлевьхыа вслвсвслвыя, Е- лсствлеввнл выл вслнсеолнмй, а . еаревлельния кеаксвввныя, в— лввюлельвнл велссхсвмв разсвквутнв.
д — ларвпевьнна «олссквня хссатн вавввугнв, е — лсслевеввтельнмй еелсскаенл лг-эьвневлекшы схеме лослевеватевьнега олссхсваю в сафа С использованием таких шлейфов могут быть построены шлейфовые согласующие устройства, эквивалентные схемы котормх показаны на рис. 4 7, 4.8.
для примера на рис. 4.1б показана топология трехшлейфового полоскового Согласующего устройства. Четаертьволновые трансформаторы и шлейфы являются узкополосными согласуюЩими устройствами. К широкополосным соглаРнс. 4.16. Т хшлейфовое полосковое согласующее устройство ~ующим устройствам относятся ступенчатые и плавные переходы.
на рис. 4.17 показаны варианты исполнения таких устройств на основе прямоугольных волноводов, коаксиалов и полосковых линий. 63 Рна. 4.17. Плааимс и ступенчагьге переходи: а- еадиаюдпнс; б — каексиыьиме, е- иадаскаеме си»ч Р-су('"- ") где с = 3 1О мус — скорость света в вакууме. Диафрагмы и рсакгивныс штыри, применяемые ддя согласования в волноводных трактах, также являются узкополосными устройствами.
Диафрагмой называется тонкая металлическая перегородка, частично закрываюшвя поперечное сечение волновода. Различают диафрагмы смкосоо»еье, иидуюниенме и рсгоиоисиые. Их вид и эквивалентные схемы представлены на рис 4.18. Нормированные значения проводимости емкостной и индуктивной диафрагм определяются приближенными соотношениями йг (лф!А„)х х 1и (соьес (нс7126) спаса (ггуа /Ь)), Вс = — (й,уо) Шб'(ло12о) х х(1ч вес (нс172о) стй~ (л» уо)).
Резонансная диафрагма образуется наложением емкостной и индуктивной диафрагм. Резонансная частота диафрагмы определяется прнближфнным соотношением Рнс. 4.18. Диафрагмы в прямауюльиом еолнокадс и их экекаадеитиме схемы: а — симметричная и иеаиммс ричик емко»тиме дикфреп»м, б- симмеюи ие» и» си мсгричка» иикуктие с дикфреп»м, — реми»ианк» диафрагме Недостаток емкостнай и резонансной диафрагм состоит в том, что они значительно снижают электрическую прочность тракта. На практикс находят применение сложные многощелевые диафрагмы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
