22

Глава 2. Узкополосное и широкополосное согласование комплексных нагрузок

Методическое пособие к лабораторной работе №2

по курсу «Техническая электродинамика»

2.1. Влияние режима линии передачи на коэффициент полезного действия и пропускаемую мощность.

В главе 1 рассматривался режим работы линии передачи в случае отсутствия потерь и отмечалось, что наличие отраженной волны приводит к образованию картины периодически повторяющихся одинаковых максимумов и минимумов в продольных распределениях нормированных напряжений и токов.

Рассмотрим теперь, что изменится в работе линии в режиме смешанных волн, если в линии имеются потери.

Если в (1.4) считать, что = 0 совпадает с сечением входа нагрузки, то в линии передачи с потерями модуль коэффициента отражения при удалении от нагрузки на расстояние изменяется по закону

(2.1)

Где - коэффициент отражения от нагрузки в сечении L= 0.

Вследствие изменения модуля коэффициента отражения КБВ в линии передачи с потерями имеет только условный смысл и должен определяться как отношение обязательно соседних минимума и максимума продольного распределения напряжения. По мере удаления от нагрузки КБВ в регулярной линии передачи с потерями возрастает.

(2.2)

где КБВн = (1- )/(1+ .

На рис. 2.1. показано, как меняется КБВ в линии с потерями в зависимости от расстояния L от нагрузки.

Эффективность передачи мощности в нагрузку принято характеризовать коэффициентом полезного действия (КПД), равным отношению мощности , выделяемой в нагрузке, к мощности падающей волны отдаваемой генератором в линию передачи. При пробеге по линии длиной часть мощности падающей волны теряется из-за затухания, поэтому мощность падающей волны у нагрузки оказывается равной . Отражение падающей волны от нагрузки приводит к дополнительному уменьшению передаваемой в нагрузку мощности в раз. Учитывая это КПД линии длиной можно рассчитать, используя приведенное ниже соотношение:

η = (2.3)

Графики зависимости КПД линии от КБВ нагрузки и от полного затухания линии (дБ) представлены на рис. 2.2. Из графиков следует, что наиболее благоприятные условия для передачи мощности имеют место при согласовании нагрузки, т. е. при .

Рис. 2.1. Изменение КБВ Рис. 2.2. Зависимость КПД

вдоль линии передачи с потерями линии передачи от КБВ нагрузки

Согласованный режим линии передачи наиболее благоприятен и с точки зрения достижения максимальной электрической прочности. Пробой в рассогласованной линии передачи может возникнуть при условии, что нормированное напряжение в пучности продольного распределения достигнет некоторого критического значения .

Условие пробоя:

|u_{п кр}| (2.4)

Возводя обе части равенства в квадрат и учитывая, что является мощностью пробоя в бегущей волне, находим мощность падающей волны, вызывающую пробой рассогласованного волновода:

|u_{п кр}|² = (2.5)

Данная формула показывает, что рассогласование заметно увеличивает опасность пробоя и на грани пробоя в нагрузку может быть передана лишь часть критической мощности бегущей волны.

В реальных трактах СВЧ по ряду причин (частотная зависимость сопротивления нагрузки, отражения от нерегулярностей) режим идеального согласования линий передачи оказывается недостижимым. Поэтому в технических условиях оговаривается наименьшее допустимое значение КБВ как для нагрузок, так и для тракта в целом. Обычно ориентируются на допустимое значение КБВ не ниже 0,7—0,8.