Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Основные сведенияОсновные понятия (КСВ, КБВ и т. д.) были введены в теме 9. Для ЛП с Zс, нагруженной сопротивлением нагрузки Zн, из (9.9) следуют формулы для коэффициента отражения и коэффициента прохождения: ; . (19.1) Трансформация сопротивлений (проводимостей) в ЛП. Для получения зависимости сопротивления ЛП от продольной координаты нужно взять отношение волн U (17.9) к I (17.10), подставить в него коэффициенты отражения (9.9) и прохождения (9.4), что в результате дает: ; . (19.2) Если линия согласована с нагрузкой, в линии распространяется только бегущая (прямая) волна, отношение волн U к I является постоянной величиной (Z (l) = Zс), и трансформации сопротивлений не наблюдается. В общем случае из-за трудностей расчета по (19.2) удобно использовать диаграммы полных сопротивлений (проводимостей), которые также часто называют диаграммами П. Х. Смита [2, 5, 33, 37, 49].
Для использования диаграммы сопротивлений при анализе согласования ЛП с нагрузкой необходимо нормировать Zн относительно Zc: . (19.3) Линии постоянного активного нормированного сопротивления на диаграмме представляют собой окружности (рис. 19.1). На рис. 19.2 показаны линии постоянного реактивного нормированного сопротивления. Положительные реактивности (индуктивного характера) откладываются в верхней части диаграммы (рис. 19.2), отрицательные реактивности (емкостного характера) – в нижней [37, 49]. Расстояние от точки пересечения линий активного и реактивного нормированного сопротивлений до центра окружности (r = 1, x = i 0) определяет модуль коэффициента отражения. Практические конструкции диаграммы Смита обычно имеют закрепленную в центре прозрачную линейку с нанесенной шкалой модуля коэффициента отражения и КСВ. При отсутствии такой линейки необходимо измерить расстояние до точки, соответствующей нормированному сопротивлению нагрузки, и максимальный радиус диаграммы. Отношение этих величин соответствует модулю коэффициента отражения [37, 49]. Очевидно, что линии постоянного КСВ или модуля коэффициента отражения на диаграмме представляют собой окружности, центры которых совпадают с центром диаграммы. Фаза коэффициента отражения в градусах или относительных длинах (l/l определяется по прямой линии, проходящей из центра диаграммы через точку нормированного сопротивления нагрузки. Вокруг диаграммы за окружностью максимального радиуса нанесены шкалы для определения фазы коэффициента отражения. Максимальная фаза в относительных длинах волн равна 0,5 (период трансформации сопротивлений в ЛП равен l /2). При перемещении нагрузки вдоль ЛП от генератора или к генератору в ЛП без потерь модуль коэффициента отражения или КСВ не изменяются, а изменяется только фаза. Это расстояние в l/l прибавляется (или отнимается – в зависимости от направления сдвига) от фазы коэффициента отражения в длинах волн, что вызывает поворот от исходной точки. В новой точке значение комплексного сопротивления (или проводимости) нагрузки будет отличаться от исходного (трансформация сопротивлений!). Хотя современная вычислительная техника позволяет производить необходимые расчеты без использования диаграмм Смита, из-за удобства и наглядности диаграммы Смита продолжают использоваться при инженерных расчетах (расчеты согласующих шлейфов, нерегулярностей в регулярных линиях передачи, режимов активных устройств и т. д.) [37, 49]. Идеально согласованной с нагрузкой считается ЛП при Гн = 0 (Zн = Zс). Генератор идеально согласован с ЛП при Zг = Zс (Гг = 0 ). Если ЛП не согласована с генератором, то отраженная от нагрузки ЭМВ отразится и от генератора, что приведет к появлению эхо -сигнала, который запаздывает относительно первичного на время τ = 2 l / v гр. Если нет согласования с нагрузкой, то мощность ЭМВ, уносимая отраженной волной, не поступит в нагрузку, что снизит КПД системы. КПД линии определяется как отношение мощности, поглощаемой нагрузкой, к мощности, приходящей от генератора на вход линии [2]. На практике не всегда удается выполнить оба критерия согласования, иногда оптимальный энергетический режим в системе «генератор – линия – нагрузка» достигается при несогласованных нагрузке и генераторе. Особый интерес представляют случаи холостого хода (Zн ® ¥) и короткого замыкания (Zн = 0) ЛП. Из (19.2) следуют формулы для входных сопротивлений и проводимостей разомкнутого (19.4) и короткозамкнутого (19.5) шлейфов: , , (19.4) , . (19.5) На рис. 19.3 для обоих случаев показаны графики сопротивлений, из которых видно, что на отрезке ЛП длиной l/2 Z (l) принимает любые значения от – ¥ до ¥. Разомкнутый шлейф длиной от 0 до l/4 имеет чисто индуктивное сопротивление, а при длине от l/4 до l/2 – чисто емкостное сопротивление, при длине l/4 имеет место резонанс проводимости (подобно параллельному LС -контуру), а при длине от l/2 – резонанс сопротивления (подобно последовательному LС -контуру). Через каждые отрезки l/2 картина периодически повторяется. Короткозамкнутый шлейф длиной от 0 до l/4 имеет емкостное, а при длине от l/4 до l/2 – индуктивное сопротивление, при длине l/4 имеет место резонанс сопротивления, а при длине от l/2 – резонанс проводимости. Сопротивление некоторой точки l 0 численно равнопроводимости точки l 0 ± l/4. Этот эффект называют свойством четвертьволновой трансформации. Точка на диаграмме Смита, противоположная исходной (Z нн) относительно центра (поворот на 180º или 0,25l), соответствует комплексной нормированной проводимости нагрузки (Y нн=1/ Z нн). Рассмотренные свойства сопротивления ЛП нашли применение в теории и практике направляющих систем и устройств СВЧ. Реактивные шлейфы. Такой термин употребляется для отрезков ЛП с режимом короткого замыкания или холостого хода в сечении нагрузки. Отрезки короткозамкнутых линий с длиной менее l/2 используют в качестве согласующих элементов, а также в качестве элементов колебательных контуров с распределенными параметрами. С помощью шлейфа можно согласовать комплексную нагрузку с ЛП или генератором, изменяя длину шлейфа. Важным достоинством шлейфов является возможность их перестройки. В согласующей схеме одиночный шлейф подключается параллельно основной ЛП на некотором расстоянии от нагрузки (Z н ¹ Zс). По сравнению с l/4-трансформатором в шлейфах можно использовать отрезок ЛП с таким же Z с, как и в согласуемой ЛП. Согласование будет обеспечено, если шлейф подключить на таком расстоянии от нагрузки, где нормированная входная проводимость линии Y нн = 1 ± i y. Проводимость шлейфа подбирается из условия компенсации реактивной составляющей ± i y проводимости Y нн, что достигается подбором длины шлейфа [37, 49]. При проектировании согласующих схем обычно выбирают тот вариант, где шлейф короче, но окончательный выбор того или иного шлейфа может быть сделан лишь с учетом многих факторов, в частности их реализуемости. Например, в МПЛ исполнении более предпочтительна схема с разомкнутым шлейфом (при этом возможно паразитное излучение через выходное отверстие отрезка ЛП), а в коаксиальном – с замкнутым. При изменении параметров нагрузки потребуется найти новое место подключения шлейфа в линию. Для устранения этого недостатка применяют систему из двух шлейфов. Один из шлейфов при изменении характеристик нагрузки будет подстраивать проводимость в области второго шлейфа до единичной активной составляющей (Y нн = 1 ± i y), а второй шлейф скомпенсирует оставшуюся реактивность [37, 49]. Четвертьволновый трансформатор. Этот термин употребляется для отрезков линий с l = l/4. Это устройство позволяет согласовать ЛП с Zс1 с нагрузкой или другой ЛП с Zс2. Zс устройства рассчитывают так: . (19.6) Физически работу согласующего l/4-трансформатора можно объяснить так: при оптимальных параметрах устройства волны, отраженные от первой и второй границ раздела, имеют одинаковые по модулю амплитуды и противоположные фазы (выбор длины согласующего перехода). Эта же идея положена в основу других узкополосных согласующих устройств (реактивные штыри, диафрагмы и т. п.) [37, 49]. Полное согласование обеспечивается только на определенной частоте, а также на кратных частотах, когда длина трансформатора составляет l/4 плюс целое число полуволн. При отклонении от расчетной частоты согласование ухудшается с ростом отклонения. Рассмотренные устройства являются узкополосными. Для расширения полосы частот, в которой обеспечивается заданный КСВ в системе, устройства усложняют. Например, вместо l/4-трансформатора используют согласующий переход. Применяют как плавный, так и ступенчатый переходы. Появление большего числа границ раздела позволяет получить приемлемую компенсацию отраженных волн в широкой полосе частот. Входное сопротивление неизвестной нагрузки, а также КСВ в линии, можно определить экспериментально с помощью измерительной линии. На измерительной линии при перемещении подвижного зонда связи с выхода детекторной секции снимают картину продольного распределения поля в линии и по отношению минимального и максимального значений напряжения находят КСВ (КБВ). Список рекомендуемой литературы: [ 1, гл. 15, с. 69–70; 2, с. 174–186; 5, с. 212–222, 240–272; 11, с. 289–298, 310–318, 342–345; 14; 18; 19; 27–29; 37, с. 29–30, 76–85; 49, с. 130–181]. Контрольные вопросы и задания 1. Дайте определение нерегулярностям в ЛП. 2. Опишите влияние нерегулярностей на распространение ЭМВ в ЛП? 3. Как определяется волновое сопротивление для волноводов? 4. Как определяют КПД линии передачи? 5. Опишите явление трансформации сопротивлений в линии передачи. 6. Опишите поведение сопротивления линии при ее коротком замыкании. 7. Опишите поведение сопротивления разомкнутой линии. 8. Дайте определение свойству четвертьволновой трансформации. 9. Приведите примеры эквивалентных емкостей и индуктивностей в линиях. 10. Дайте определение декомпозиции, матрицам рассеяния и передачи. 11. Как зависят коэффициенты отражения и передачи от длины линии? 12. Дайте определение и объясните особенности ЭМП стоячей ЭМВ. 13. Дайте определение и укажите область значений КСВ и КБВ. 14. Почему нежелательно появление стоячей ЭМВ в линии? 15. Опишите методику работы с диаграммой Смита – Вольперта. 16. Как на практике используют явление трансформации сопротивлений? 17. Назовите основные критерии согласования. 18. Дайте характеристику узкополосному и широкополосному согласованию. 19. Как отражения ЭМВ от нагрузки влияют на характеристики ЛП?
|