Симметрирование связи с нагрузкой контуров из отрезков двухпроводных линий

Если контур выполнен из отрезка двухпроводной линии, а нагрузка присоединяется с помощью коаксиального кабеля, то может произойти серьёзное нарушение симметрии схемы генератора, особенно очевидное при осуществлении кондуктивной и ёмкостной связи контура с нагрузкой (рис.12.23,а,б). Нарушение симметрии схемы в первую очередь связано с тем, что внешний провод (оболочка) коаксиального фидера соединяется с землёй (корпусом). В случае связи с помощью короткого витка (рис.12.23,в) симметрия схемы нарушается из-за наличия паразитной ёмкостной связи между витком и проводами контура вследствие того, что один конец витка присоединяется непосредственно к земле (корпусу) через внешнюю оболочку кабеля, а второй – к центральному проводнику кабеля. При этом, чем выше частота, тем более асимметричным будет режим работы каждого из проводов контура (рис.12.23,г).

Нарушение симметрии схемы приводит к нарушению нормального режима работы генератора и увеличению потерь на излучение.

Поэтому в конструкциях генераторов с контурами из отрезков двухпроводных линий при связи с нагрузкой коаксиальным фидером необходимо предусматривать использование симметрирующих устройств.

В качестве симметрирующего устройства может быть использован четвертьволновый короткозамкнутый на одном конце отрезок коаксиальной линии, расположенный поверх внешней оболочки коаксиального фидера вблизи присоединения его к контуру. Входное сопротивление такого отрезка стремится к бесконечности, преграждая путь токам высокой частоты на внешнюю оболочку фидера и, соответственно, на корпус (землю). Указанное симметрирующее устройство известно в радиотехнике как четвертьволновый стакан.

Н а рис.12.24,а в качестве примера показана схема связи с помощью короткого витка с использованием в качестве симметрирующего устройства четвертьвонового стакана. На рис.12.24,б показана эквивалентная схема, поясняющая принцип симметрирования. На центральной частоте оба провода контура из отрезка двухпроводной линии оказываются практически изолированными от корпуса (земли) благодаря наличию четвертьволнового короткозамкнутого отрезка линии. Сказанное очевидно из сравнения схем (рис.12.23,г) и (рис.12.24,б). Аналогично осуществляется симметрирование с использованием четвертьволнового стакана при кондуктивной и ёмкостной связях с нагрузкой.

Главный недостаток рассмотренного симметрирующего устройства – четвертьволнового стакана – узкополосность. Как только геометрическая длина четвертьволнового стакана начинает отклоняться от , изолирующие свойства устройства ухудшаются.

Существуют и другие симметрирующие устройства, в том числе и широкополосные с использованием ферритов и связанных линий.

Вопросы для самоконтроля знаний по теме лекции 12:

1. Назовите и поясните причины, затрудняющие применение контуров из элементов с сосредоточенными параметрами с повышением рабочей частоты и мощности генератора.

2. Чему равно входное сопротивление короткозамкнутого отрезка линии длиной ? Каков характер этого сопротивления? Как изменится входное сопротивление отрезка, если сделать его разомкнутым?

3. Сосредоточенная ёмкость С₀ = 0. Можно ли реализовать в этом случае колебательный контур из отрезка линии? Если можно, то какой длины потребуется отрезок линии: а) короткозамкнутый, б) разомкнутый?

4. Представьте распределения токов и напряжений вдоль проводов колебательной системы при работе на 2-м обертоне.

5. Поясните суть эквивалентных и действующих параметров контуров из отрезков длинных линий. Получите соотношение, устанавливающее связь между эквивалентной и действующей индуктивностями контура.

6. Определите действующее характеристическое сопротивление контура на основе короткозамкнутого и разомкнутого отрезков линии при отсутствии сосредоточенной ёмкости на входе отрезка . Получите выражение для определения действующей ёмкости таких контуров.

7. Получите условия резонанса контуров по схеме рис.12.12.

8. Используя соответствующие выражения, преобразуйте (12.41) к виду, показывающему явную зависимость от , а также от . Получите выражение для определения сопротивления фидера (нагрузки), отнесённого к точкам подключения АЭ (ёмкости ).

9. Поясните необходимость симметрирования при осуществлении связи между цепями на основе двухпроводной и коаксиальной линий.

10. Представьте эквивалентные схемы, соответствующие использованию четвертьволнового стакана в качестве симметрирующего устройства при кондуктивной и ёмкостной связи с нагрузкой.

1 В большинстве работ отечественных авторов диапазон радиочастот принято разбивать на два участка: ниже 30 МГц – высокие частоты, выше 30 МГц – сверхвысокие частоты, что оказывается удобным при рассмотрении большинства вопросов, связанных с УГФС. При характеристике практических устройств классификация участков диапазона радиочастот по частотному признаку совсем другая, часто неоднозначная.

2 Коаксиальные линии со спиральным проводником или другой сложной формы находят ограниченное применение в генераторных устройствах и поэтому нами не будут рассматриваться в рамках лекции. Иногда они используются для уменьшения продольного размера КС и генератора в целом. Однако, практически всегда можно получить приемлемые размеры конструкции генератора и при использовании коаксиальных линий с гладким центральным проводником.

3 См. лекцию 10.

4 В том числе от поверхности Земли в случае открытой линии.

5 От английского слова feed – питать; соответственно feeder – питающее устройство. Иногда понятия «фидер» и «длинная линия» используют как синонимы. Несмотря на отмеченную общность, не всегда уместно вместо слов «длинная линия» использовать слово «фидер» и наоборот.

6 КС ламповых генераторов, по существу, реализуются из отрезков подобных линий.

7 Левая часть (12.11) включает два слагаемых, одно из которых представляет интеграл, подобный правой части выражения, а второе слагаемое определяет реактивную мощность в конденсаторе, ёмкость которого .

8 См. лекцию 10, формула (10.5).

9 В технике СВЧ широко используется реализация как индуктивных, так и ёмкостных элементов цепи на основе короткозамкнутых и разомкнутых отрезков линий. Однако рассмотрение этих вопросов выходит за рамки представляемых лекций.

10 Приведенное условие резонанса точно при последовательной настройке витка связи и приближённо при параллельной настройке. См. лекцию 10.

11 Следует из условия: входное сопротивление шлейфа из короткозамкнутого отрезка линии равно сопротивлению ёмкости конденсатора настройки .

12 Величина тока слева отличается от величины тока справа в сечении линии в месте включения нагрузки (фидера) на 5%.

13 Очевидно, в общем случае при любом способе возможна неполная настройка связи. При полной настройке в схеме (рис.12.20,а) ёмкостная связь получает черты кондуктивной связи. Неполная настройка возможна и при использовании связи с помощью коротких витков и петель связи.

194