Lektsia_13 (842125), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

активная составляющая входного сопротивления равна волновому(характеристическому)сопротивлениюлиниипередачи.Величинавключаемого сопротивления выбирается из условияX С   X ВХ (lС ) .Таким образом, линия передачи оказывается нагруженной на активноесопротивление, равное ее волновому (характеристическому) сопротивлению.Реактивная составляющая входного сопротивления отрезка линии длиной lСкомпенсируетсявключеннымссопротивлениемXС.компенсирующуювключатьвтрактОднаконетольконимпоследовательнопоследовательно,реактивнымреактивностьноиможнопараллельно(рисунок 13.21б).

В этом случае место ее включения выбирается с такимрасчетом, чтобы в данном сечении линия имела входную проводимость,активная составляющая которой равна волновой (характеристической)проводимости трактаY ВХ (lС )  Y0  iBВХ (lС ) ,Y0 где1Z0 .При этом величина компенсирующей проводимости должна бытьBС   BВХ (lС )Т.е.теперьреактивная.составляющаявходнойпроводимостикомпенсируется включенной параллельно с ней реактивной проводимостьюсогласующего устройства.а) Z ВХ (lС )  Z0  iX ВХ (lС )  iX С  Z 0б) Y ВХ (lС )  Y0  iBВХ (lС )  iBС  Y0Рисунок 13.21 – Согласование методом компенсации (а — с помощьюреактивного сопротивления; б — с помощью реактивной проводимости)Согласование методом компенсации можно пояснить и следующимобразом.

Если нагрузка линии передачи не является согласованной, в трактеимеетместоотраженнаяволна.Вводядополнительноереактивноесопротивление или проводимость, мы вызываем появление дополнительнойотраженной волны. Величину компенсирующей реактивности и место еевключения мы подбираем так, чтобы дополнительная отраженная волна быларавна по амплитуде и противоположна по фазе волне, отраженной отнагрузки. Тогда две отраженные волны компенсируют друг друга, и в линиипередачи существует только прямая волна.

Подводя итог, еще разподчеркнем, что с целью расширения полосы частот согласованиятрансформаторы и компенсирующие реактивные элементы необходимовключать как можно ближе к нагрузке или согласуемой неоднородности. Этопозволяет ослабить влияние эффекта длинной линии.Приведенные методы согласования, за исключением метода развязки,являются узкополосными. При необходимости иметь полосу частотсогласования свыше ± 5% от центральной частоты рабочего диапазона нужноиспользовать методы широкополосного согласования — метод частотнойкомпенсации и метод согласования с использованием ступенчатых и плавныхпереходов.Принцип частотной компенсации используется для согласованиякомплексных нагрузок и состоит во включении на определенном расстоянииот нагрузки согласующего реактивного четырехполюсника (рисунок 13.22).Параметры схемы согласующего устройства выбираются таким образом,чтобы в заданной полосе частот его собственное реактивное сопротивлениебыло примерно равно по величине и обратно по знаку реактивномусопротивлению нагрузки, пересчитанному на вход четырехполюсника.

Такимобразом, данный способ согласования фактически является согласованиемметодом компенсации (рисунок 13.21). Однако в данном случае схемасогласующего устройства и его расчет, как правило, оказываются несколькосложнее.Имеетсяпринципиальнаявозможностьсогласованиялюбогокомплексного сопротивления, но в ограниченной полосе частот. При этомдля расширения рабочей полосы не следует стремиться к идеальномусогласованию на одной или нескольких частотах внутри нее. Необходимолишь добиваться того, чтобы в пределах этого диапазона значение модулякоэффициента отражения не превышало заданной величины.Для согласования активных нагрузок в широкой полосе частотиспользуют ступенчатые и плавные переходы (трансформаторы).а)б)Рисунок 13.22.

Согласование методом компенсации частотной зависимостиреактивного сопротивления нагрузки с помощью реактивногочетырехполюсника (согласующего устройства)Ступенчатый переход (рисунок 13.23) состоит из нескольких каскадновключенных отрезков регулярных линий передачи с разными волновымисопротивлениями. Длина каждого отрезка равна четверти длины волны влинии.а)б)Рисунок 13.23 – Ступенчатые согласующие трансформаторыВ простейшем случае трансформатор является двухступенчатым(рисунок 13.23б). При этом волновые (характеристические) сопротивлениячетвертьволновых отрезков тракта должны выбираться следующим образом:ZТ 1  Z0 Z0 RНВслучаебольшего,ZТ 2  RН Z 0 RНчисластупенейрасчет.трансформатораусложняется.

В качестве начальных данных для расчета используютсяотношение сопротивления нагрузки к волновому (характеристическому)сопротивлению линии передачи (RН/Z0), ширина полосы частот Δfидопустимый коэффициент отражения в ее пределах ДОП . Одна из методикрасчетаперепадовподразумевает(характеристических)такойсопротивленийподборволновыхтрансформатора на стыках,чтозависимость коэффициента отражения от рабочей длины волны будетописываться известными полиномами, например, полиномами Чебышева(рисунок 13.24). Ступенчатые трансформаторы с такой характеристикойкоэффициентаотраженияназываютсячебышевскимиРеактивность, вносимая стыками, при этом не учитывается.переходами.Рисунок 13.24 – Зависимость коэффициента отражения от длины волны прииспользовании чебышевского ступенчатого переходаФизически согласование с помощью ступенчатых трансформаторовможно объяснить результатом сложения нескольких волн, отраженныхстыками четвертьволновых участков.

Эти отраженные волны частичнокомпенсируют друг друга. Перепады волновых сопротивлений на стыкахподбираютсятакимобразом,чтобыкоэффициентотражениявсеготрансформатора не превышал допустимого в заданной полосе частот.Плавные переходы представляют собой нерегулярные линии передачи,волновое(характеристическое)сопротивлениекоторыхмонотонноизменяется по определенному закону от Z0 до ZН.

Примером может служитьэкспоненциальный переход (рисунок 13.25), волновое сопротивлениекоторого изменяется по закону 2l  L  Z 01  Z П (l )  Z 01Z 02 exp ln 2l Z 02   .Рисунок 13.25 – Экспоненциальный переходКоэффициент отражения такого перехода определяется выражением1  Z 01  sin   L ln ,2  Z 02 LLгдегдеС1 , С 22С срС ср С1  С 22,.- длины волн в линии по обе стороны от перехода.Длина плавного перехода зависит от отношения согласуемыхсопротивленийZ 02Z 01(коэффициентатрансформации),допустимогокоэффициента отражения в рабочей полосе частот и обычно выбираетсяравной нескольким длинам волн в линии.Рисунок 13.26 – Частотная зависимость коэффициента отражения плавноготрансформатораФизическаясущностьсогласованияплавнымтрансформаторомзаключается в том, что изменение волнового сопротивления по длиненеоднородного участка линии передачи происходит достаточно медленно,так что режим бегущей волны практически не нарушается.

По видучастотной характеристики коэффициента отражения (рисунок 5.28) плавныйпереход эквивалентен фильтру верхних частот — удовлетворительноесогласование достигается на всех частотах выше некоторой граничнойчастоты.13.3.3 Расчет соосного перехода от прямоугольного волновода сволной Н10 к круглому волноводу с волной Н11Переход от волновода прямоугольного сечения к волноводу круглогосечения можно осуществить через плавный или ступенчатый переход. Таккак плавный переход имеет большие размеры по сравнению со ступенчатым,то будем применять последний.Эскиз ступенчатого перехода показан на рисунке 13.27.Рисунок 13.27 – Эскиз ступенчатого переходаТрансформатор выполняется в виде секции полого прямоугольноговолновода. Волновое сопротивление трансформатора определяется поформуле:т  кр  пр ,где кр - волновое сопротивление круглого волновода; пр - волновое сопротивление прямоугольного волновода.Для волны Н11 круглого волновода волновое сопротивление можнорассчитать по формуле: кр 0 10 13.41  r,Для волны Н10 прямоугольного волновода волновое сопротивлениеможно рассчитать по формуле: пргде 2  b 0 128а0   12а,а, b - размеры прямоугольного волновода;r - радиус круглого волновода; - рабочая длина волны;0 1 10 9 [Ф/м];36   0  4  10 7 [Н/м].Размерширокойстенкитрансформирующегопрямоугольноговолновода выбираем исходя из соображения атр =а=2r.

Тогда размер узкойстенки трансформирующего прямоугольного волновода будет определятьсякак:bтр 8  а тр   тр200 1 2   тр2 ,Длину ступени трансформатора определяем по формуле:lтр где втр - длинаволнырабочего втр4,типаН10прямоугольном волноводе и рассчитывается так: втр  1 2 а тр.втрансформирующем13.4 Элементы тракта СВЧ13.4.1 Согласованные нагрузки для линий передачиОдним из наиболее распространенных элементов трактов являютсясогласованные нагрузки, предназначенные для поглощения передаваемой полинии СВЧ-мощности. Согласованные нагрузки применяют также в качествеэквивалентов антенн при настройке передающей аппаратуры и в виде мерысопротивления в измерительных СВЧ-устройствах (например, в установкахдля измерения матриц рассеяния многополюсников).Основной электрической характеристикой согласованной нагрузкиявляетсявеличинамодуляеекоэффициентаотражения|Г|(илисоответствующие величины КБВ или КСВ) в заданной полосе частот.

Характеристики

Список файлов книги