
- •Предисловие
- •1. Скалярные и векторные поля. Операции над векторами.
- •1.1 Классификация полей
- •1.2 Операции над векторами
- •2. Основные положения теории электромагнитного поля
- •2.1 Определение векторов электромагнитного поля
- •2.2 Уравнения Максвелла
- •2.3 Уравнения Максвелла для гармонических колебаний. Комплексные амплитуды
- •2.4 Энергия электромагнитного поля
- •2.5 Граничные условия для векторов поля
- •3. Плоские электромагнитные волны
- •3.1 Характеристики плоской скалярной волны
- •3.2 Плоская электромагнитная волна
- •3.3 Частные случаи распространения плоских электромагнитных волн
- •3.4 Падение плоской электромагнитной волны на границу раздела сред
- •4. Линии передач. Резонаторы
- •4.1 Основные характеристики линий передач (лп)
- •4.2 Коаксиальная линия
- •4.3 Двухпроводная линия
- •4.4 Прямоугольный волновод
- •4.5 Круглые волноводы
- •4.6 Полосковые линии
- •4.7 Световоды
- •4.8 Объемные резонаторы
- •5. Основы теории цепей с распределенными параметрами
- •5.1. Цепи с сосредоточенными элементами и с распределенными параметрами
- •5.2. Решение телеграфных уравнений. Падающие и отраженные волны
- •5.3. Режимы работы нагруженных линий
- •5.4. Круговая диаграмма
- •6. Согласование нагрузок с линиями передачи
- •6.1 Цели и критерии согласования
- •6.2 Согласование методом четвертьволнового трансформатора
- •6.3 Метод параллельного шлейфа
- •7. Матричное описание многополюсников сверхвысоких частот
- •7.1 Многополюсники сверхвысоких частот
- •7.2 Матрицы 4х-полюсника и их свойства
- •7.3 Балансные многополюсники
- •7.4 Некоторые типы балансных восьмиполюсников
- •7.5 Невзаимные многополюсники свч
- •8. Излучение электромагнитных волн
- •8.1 Элементарные источники излучения
- •8.2 Основные электрические характеристики антенн
- •8.3 Типы антенн
- •9. Распространение радиоволн на естественных трассах
- •9.1 Общие замечания
- •9.2 Распространение волн на небольшие расстояния
- •9.3 Распространение ионосферных волн
- •Список литературы
- •620002, Екатеринбург, Мира, 19
6. Согласование нагрузок с линиями передачи
6.1 Цели и критерии согласования
При произвольном соотношении сопротивлений
нагрузки и параметров линии появляется
отраженная волна, которая «не доносит»
часть мощности генератора до нагрузки.
В линии устанавливается режим смешенных
волн, увеличение напряжения до Umax
повышает вероятность электрического
пробоя, увеличение тока до Imax
увеличивает омические потери в проводниках
линии. Устранение или «гашение»
отраженной волны в линии называется
согласованием. Физически согласование
производится следующим образом: в линию
между нагрузкой и генератором искусственно
вводится некоторое препятствие
(неоднородность), которая порождает
дополнительную отраженную волну. Размеры
и место расположения неоднородности
выбираются такими, чтобы дополнительная
отраженная волна и отраженная волна от
нагрузки были равны по амплитуде и
сдвинуты по фазе на π. В результате обе
волны компенсируют друг друга и на
участке линии между неоднородностью и
генератором устанавливается бегущая
волна (|Г|=0). Указанная неоднородность
называется согласующим элементом.
Критерием согласования является полное
отсутствие отражения |Г|=0 ( КСВ =
КБВ = 1). В согласованной лини в каждой
точке линии
,
|Г| = 0,
.
Если линия согласована на одной расчетной
частоте, то согласование называется
узкополосным. При таком согласовании
может быть определена полоса частот
Δf, в пределах
которой выполняется условие
.
может определяться, например, требованиям
стабильности работы генератора СВЧ.
Полоса Δf
определяется частотными свойствами
нагрузки, но во всех случаях она тем
больше, чем ближе включен согласующий
элемент к нагрузке. Существуют методы
широкополосного согласования. Наиболее
просты и разработаны методы узкополосного
согласования. Расчет согласования
производятся с использованием круговой
диаграммы сопротивлений (проводимостей).
6.2 Согласование методом четвертьволнового трансформатора
Трансформатором называется отрезок линии с измененным характеристическим сопротивлением - ZТ. Схема согласования приведена на рис. 6.1
Рис. 6.1
Согласование нагрузки
с линией c характеристическим
сопротивлением ZC
производится в два этапа.
На первом этапе выбирается такое
расстояние l1
(
на рис. 6.2), чтобы в
точках a a’
сопротивление линии было чисто активным.
При этом возможны два варианта. В первом
случае точки а a’ находятся
в пучности напряжения (см. рис. 6.2). Тогда
.
Рис. 6.2
Во втором случае точки аа’ находятся
в узле напряжения и
.
На втором этапе выбирается значение
ZT.
Так как длина трансформатора равна
,
то сопротивления на входе и выходе
связаны между собой формулой трансформации
(см. п. 5.3):
,
но Zδδ’
должно равняться ZC
, чтобы линия правее точек δδ’ была
согласована. И так, в случае расположения
aa’ в пучности:
,
откуда
. (6.1)
Это характеристическое сопротивление повышающего трансформатора.
В случае, если aa’ находится в точке минимума напряжения, то
откуда
. (6.2)
Это сопротивление понижающего трансформатора.
На рис. 6.2 стрелками показано перемещение рабочей точки при движении от ZH до точек aa’.
Метод трансформатора используется обычно при согласовании нагрузок в коаксиальных линиях. Повышающий трансформатор реализуется путем уменьшения диаметра внутреннего проводника (проточка). Понижающий трансформатор реализуется путем увеличения (по сравнению с линией питания) диаметром внутреннего проводника с помощью втулки.