Ёмкостная связь

Ёмкостная связь является наиболее распространённым способом связи контура с полезной нагрузкой в маломощных генераторах, а также в генераторах дециметровых и сантиметровых волн, где размеры элемента ёмкостной связи получаются довольно малыми и он практически не ухудшает электрическую прочность контура. С понижением рабочей частоты величина ёмкости связи возрастает, что заставляет уменьшать зазор между пластинами конденсатора связи, снижая этим электрическую прочность контура, которая может оказаться недостаточной в мощных генераторах, где в контуре большое напряжение. В мощных ламповых импульсных генераторах дециметровых и сантиметровых волн, где напряжение в контуре достигает нескольких десятков кВ, электрическая прочность контура из-за ввода в него ёмкостного элемента связи также может оказаться недостаточной и в этом случае применяется связь с нагрузкой с помощью петли.

Достоинством ёмкостной связи является удобство её регулировки. Недостаток – влияние на настройку контура, в силу чего после регулировки связи, как правило, приходится подстраивать контур, а затем и саму связь.

Ёмкостная связь может быть осуществлена с контурами на отрезках любых линий: с воздушным заполнением (двухпроводные, коаксиальные линии) и с твёрдым диэлектриком (микрополосковые линии), как короткозамкнутыми, так и разомкнутыми.

В озможная реализация ёмкостной связи при использовании контуров на основе короткозамкнутых отрезков двухпроводной и коаксиальной линий показана на рис.12.18. Аналогично реализуется связь с разомкнутыми отрезками линий контуров.

При ёмкостной связи с нагрузкой фидер (нагрузка) присоединяется к проводам отрезка линии контура не непосредственно, как в случае кондуктивной связи, а через конденсатор связи ёмкостью (напомним, что при кондуктивной связи в месте присоединения фидера может быть разделительный конденсатор, ёмкость которого ). В случае двухпроводных линий ёмкость реализуется в виде двух одинаковых конденсаторов ёмкостью 2 каждый, чтобы не нарушать симметрию устройства.

Регулировать ёмкостную связь можно изменением места подключения нагрузки (фидера) , что, однако, при использовании контуров из отрезков коаксиальных линий невозможно, либо изменением величины ёмкости связи , что всегда осуществимо.

Для передачи в нагрузку необходимой мощности на входе фидера должно быть обеспечено напряжение (12.32)

.

Очевидно, фидер должен подключаться через в сечение отрезка линии контура, в котором напряжение не ниже требуемого , а больше, так как часть напряжения упадёт на сопротивлении конденсатора связи . Чем ближе подключение элемента связи к максимуму (или к пучности) напряжения в линии контура, тем легче осуществить ёмкостную связь и меньше требуемая ёмкость .

Эквивалентная схема электрической цепи для расчёта ёмкостной связи представлена на рис.12.19, где - напряжение в сечении отрезка линии контура в месте подключения нагрузки, связанное с напряжением на ёмкости соотношением

в случае короткозамкнутого отрезка линии контура; у контура на основе разомкнутого отрезка линии

;

- амплитуда тока в нагрузке (фидере), соответствующая передаваемой в нагрузку мощности; - амплитуда напряжения на фидере (нагрузке).

Для электрической цепи (рис.12.19) справедливо соотношение:

где

- амплитуда напряжения на ёмкости .

Используя приведенные соотношения, получаем для ёмкости :

. (12.41)

Как следует из (12.41), реализация ёмкостной связи возможна только при , то есть напряжение в сечении отрезка линии контура, куда присоединяется нагрузка (фидер), должно быть больше необходимого на входе фидера. Чем сильнее различаются напряжения, тем меньше величина требуемой ёмкости и тем проще будет её реализация. Подбирая место присоединения нагрузки , можно получить удобное для реализации конденсатора связи значение его ёмкости.

Используя соответствующие выражения для напряжений в (12.41), можно получить выражение для определения сопротивления нагрузки (фидера), отнесённого к точкам подключения АЭ (ёмкости ), . Точно также, можно получить выражение для определения мощности в нагрузке, если известна ёмкость связи .

Для увеличения передачи мощности в нагрузку может оказаться необходимым компенсировать ёмкость связи включением компенсирующей индуктивности или отрезка длинной линии в качестве индуктивного шлейфа. Необходимость подобной настройки ёмкости связи появляется в контурах из отрезков коаксиальных линий, где нет возможности изменять место присоединения связи . Реализация настройки ёмкости связи при использовании контура из короткозамкнутого отрезка коаксиальной линии и эквивалентные схемы получающихся цепей показаны на рис.12.20. Аналогично может быть реализована настройка ёмкостной связи в случае контуров из разомкнутых отрезков линий.

В схеме (рис.12.20,а) компенсирующая индуктивность представляет один-два витка провода, соединяющего пластину конденсатора связи с внутренним проводом коаксиального фидера, идущего к нагрузке. Схема соответствует последовательной настройке связи, и элементы её удовлетворяют условию резонанса

,

которое позволяет найти значение .

Схема (рис.12.20,б) соответствует параллельной настройке связи.¹³ Схема более удобна для применения в диапазонных генераторах, так как настройка связи осуществляется перемещением короткозамыкателя индуктивного шлейфа.

Разновидностью ёмкостной связи является связь с помощью зонда. Зонд представляет собой короткий отрезок провода, являющегося продолжением внутреннего проводника коаксиального кабеля, вводимого во внутреннее пространство отрезка коаксиальной линии контура в направлении вектора напряжённости электрического поля.

Связь с нагрузкой при использовании связанных линий

Если провода одной длинной линии разместить вблизи проводов другой, то между этими линиями проявляется электромагнитная связь, то есть связь за счёт электрического и магнитного полей. Такие линии называются связанными.

Примеры связанных линий показаны на рис.12.21: двухпроводные линии (а), симметричные полосковые линии (б), несимметричные микрополосковые линии (в), коаксиальные линии (г).

Н а рис.12.22 представлено условное изображение связи с нагрузкой с использованием короткозамкнутых отрезков связанных линий. Это могут быть два связанных контура на отрезках линий одинаковой длины. К одному контуру подключается АЭ генератора, а к другому – полезная нагрузка.

В варианте (рис.12.22,а) АЭ, отображаемый на схеме ёмкостью , и нагрузка располагаются с одной стороны, а в варианте (рис.12.22,б) – с противоположных сторон. Помимо конструктивных особенностей, при прочих одинаковых параметрах во втором варианте связь оказывается сильнее. Соответственно система получается широкополоснее. Физически это объясняется тем, что в первом варианте электрическая и магнитная связи действуют в противофазе и, соответственно, ослабляют друг друга. Во втором варианте они дополняют друг друга. Если на рабочей частоте длина отрезков окажется равной , то в первом варианте передачи мощности в нагрузку не будет. Во втором варианте мощность в нагрузку будет передаваться.

Нетрудно видеть, что связь с нагрузкой с использованием связанных линий родственна связи с помощью коротких витков.