3.2.2.2 Принципы согласования. Конструктивное исполнение согласующих устройств, их электрические модели.

Независимо от характера и типа согласующего устройства, а также полосы частот, в пределах которой сохраняются его характеристики, схема согласующего устройства имеет вид, показанный на рис. 2.1.

Рис.2.1

Назначение согласующего элемента-устранить отраженную от нагрузки волну. Эту задачу можно решить различными методами:

-- путем поглощения отраженной волны в согласующем устройстве;

-- путем создания в линии еще одной волны, амплитуда которой равна амплитуде волны, отраженной от нагрузки, а фаза отличается на (в результате чего отраженная волна компенсируется).

Первый метод основан на применении либо мостовых устройств, либо невзаимных устройств типа вентиля, циркуляторов и т.п., обеспечивающих поглощение либо отвод энергии отраженной волны из согласуемой линии передачи.

Второй метод основан на использовании дополнительно включаемых в линию реактивных элементов, которые могут рассматриваться как трансформатор сопротивления нагрузки в сопротивление, близкое к волновому сопротивлению согласуемой линии. Рассмотрим более подробно этот метод.

Узкополосное согласование.

Согласование реактивным шлейфом. Шлейф – это короткозамкнутый или разомкнутый на конце отрезок линии передачи с нормированным реактивным сопротивлением , подключаемый параллельно к основной линии с волновым сопротивлением Z_в и заданной нагрузкой Z_н (рис. 2.2) в том сечении с-с, где ее нормированная активная составляющая сопротивления

При этом реактивная составляющая линии передачи в этом сечении компенсируется противоположным по знаку и равным по величине нормированным реактивным сопротивлением шлейфа т.е. . При этом в выбранном сечении нормированное сопротивление будет равно чисто активному сопротивлению , что соответствует идеальному согласованию на данной частоте. Практически степень согласованности определяют по значению коэффициента отражения Г или по величине КБВ (КСВ).

Теоретически расчитать согласующий элемент и длину отрезка линии передачи до места включения шлейфа, можно используя круговую диаграмму полных сопротивлений.

На практике часто используется двухшлейфный метод, при котором шлейфы включатся в произвольном сечении на расстоянии друг от друга равном поло-

Рис. 2.2

вине длины волны. Согласование осуществляется путем последовательного изменения их длин.

Согласование с помощью четьвертьволнового трансформатора.

Рассмотрим часто используемый на практике метод согласования нагрузки, ос-

Рис.2.3

нованный на использовании четьвертьволнового отрезка линии (последовательный шлейф, схема включения которого изображена на рис. 2.3.

Как видно из рисунка, между четвертьволновым трансформатором 1-2, выполнен-ным из отрезка линии передачи с волновым сопротивлением и нагрузкой включен отрезок линии передачи , длина которого подбирается так, чтобы входное сопротивление в точках 2-2 было чисто активным. Такой транс-форматор часто называют ступенчатым трансформатором, так как конструктивно линия передачи, из которой он выполняется, имеет другое поперечное сечение .

Недостатком указанного трансформатора является его сильная частотная зависи-мость , т.к. , особенно сказывающаяся при большом различии Z₀₁ и Z₂₂. Такие трансформаторы являются узкополосными.

Широкополосное согласование. Ступенчатый переход.

Указанный выше недостаток устраняется применением согласующего устройства в виде нескольких последовательно включенных трансформаторов. Чем больше их число, тем шире полоса согласования при фиксированоом значении перепада согласуемых сопротивлений. Цепочку из n- четвертьволновых трансформаторов, называемой часто ступенчатым переходом , применяют для широкополосного согласования активных сопротивлений, величина которых в рабочей полосе частот практически не зависит от частоты, например, для согласования линии с волновым сопротивлением , нагруженной на неотражаемую нагрузку,с линией, имеющей волновое сопротивление .

Наибольшее распространение получили два типа ступенчатых переходов: переход, имеющий зависимость суммарного коэффициента отражения от частоты в соответствии с максимально- плоской характеристикой, и переход, у которого эта зависимость в соответствии с чебышевской характеристикой. Их достоинства и недостатки хорошо известны из курса РЦС и рассматриваться здесь не будут.

Плавные переходы.В плавных переходах, в отличие от ступенчатых, волновое сопротивление линии меняется не скачком, а непрерывно вдоль всей длины перехода, т.е. плавный переход по существу является неоднородной линией, в которой волновое сопротивление является функцией продольной координаты.Изменение волнового сопротивления может происходить либо по линейному, либо по экспоненциальному закону (в этом случае образуется экспоненциальный переход)

Более подробно эти вопросы изложены в учебном пособии.

Вопросы для самопроверки

1. Какие бывают неоднородности, вызывающие отражения в линиях передачи?

2. Что такое коэффициеты отражения, бегущей и стоячей волны?

3. Поясните принцип построения круговой диаграммы полных сопротивлений.

4. Объясните способы согласования линий передачи с нагрузкой (узкополосное и широкополосное).

5. Определите полное входное сопротивление рассогласованной линии передачи по круговой диаграмме полных сопротивлений.