Методы согласования линии передачи с нагрузкой
В
практике находит широкое применение
метод согласования, впервые предложенный
В.В. Татариновым в 1931 году, суть
которого заключается в следующем. Между
любыми сечениями линии передачи, где
имеет место
мерительной
линии ИЛ измеряем
(или
).
Затем через точкуА
(см. рис. 4), соответствующую значению
измеренного
и расположенную на диаграмме на нижней
части ее главного диаметра, проводим
горизонтальную линию до пересечения
ее с окружностью, являющейся геометрическим
местом точек значений активных
нормированных сопротивлений с величиной
=1.
При этом
образуются две точки:
и
.
Обе находятся на одинаковых расстояниях
от минимума электрического поля,
выбираемого за начало отсчета. Заметим,
что через те же точки проходят дуги
окружностей, являющихся геометрическим
местом точек равных значений реактивных
проводимостей. Поэтому величина нор-
Рис. 4
нормированной
реактивности
в искомом сечении известна. Координаты
искомых сечений в долях длин волн
определяются по шкале на внешней
окружности диаграммы и находятся как
точки пересечения со шкалой радиусов
круга диаграммы, проходящих через точки
и
.
Ближайшее сечение от нагрузки, где
=1
связано с точкой
,
в которой значение реактивной составляющей
полной проводимости имеет положительный
знак (т.е. имеет емкостный характер). В
точке
значение
реактивной составляющей полной
проводимости имеет отрицательный знак
(т.е. проводимость имеет индуктивный
характер). Компенсация реактивной
проводимости в одном из указанных
сечений волновода обеспечивается
подключением неоднородности, эквивалентная
проводимость которой равна по величине
и противоположна по знаку. К примеру,
если
=4 см;
=0,54,
то
=0,078
(отсюда
=3,12)
и
=±1,28
(см. пояснения на рис. 13). Те же результаты
получаются, если известна величина
модуля коэффициента отражения
.
В качестве согласующих неоднородностей
в технике СВЧ широко используются
диафрагмы и штыри. Технологически и
конструктивно более удобен на практике
реактивный штырь, представляющий собой
круглый металлический стержень,
располагаемый в волноводе параллельно
его узкой стенке, как это показано на
рис. 5.
Рис. 5
Из
рисунка видно, как изменяется эквивалентная
схема реактивного штыря в зависимости
от его относительных размеров. Совокупность
нескольких таких штырей образуют
решетчатую диафрагму, которая находит
широкое применение в технике СВЧ и как
согласующее устройство и как элемент
фильтра и т.п. Согласование с помощью
одного штыря (т.е. одна неоднородность)
является узкополосным и используется
чрезвычайно редко (в технике СВЧ такое
согласующее устройство называется
согласующим трансформатором). При
использовании более широкополосных
согласующих трансформаторов: двух и
трех штыревых, расстояния между штырями
берется соответственно равным
и
.
Использование штыревых трансформаторов
снижает электрическую прочность
волновода из-за уменьшения вместе
включения штыря размера bволновода,
т.е. увеличению в этом сечении напряженности
электрического поля. С этой точки зрения
лучше использовать волноводные шлейфные
согласователи, которые в настоящем
цикле лабораторных работ не изучаются.
Методика расчета характеристик (коэффициентов матрицы рассеяния) диплексера (для исполнения в рамках ДОТ).
Для
примера возьмем диплексер со смежными
каналами (устройство для разделения
или объединения двух сигналов разных
частот), который состоит из
полоснопропускающего и режекторного
фильтров с полосами пропускания
и
и
(рис. 1).
Рис.1
Эквивалентная схема диплексера приведена на рис.2. Рассчитаем аналитически коэффициенты матрицы рассеяния устройства, который представляет собой шес-
Рис.2
типолюсник. Собственный коэффициент отражения от первого входа можно представить в виде
где
- входные сопротивления, проводимость
левого и правого плеч шестиполюсника,
пересчитанная к сечению а-б;
- волновое
сопротивление линии передачи, из которой
выполнен диплексер.
Если
принять за проводимость правого плеча
,
то
Если
проводимость левого плеча обозначить
через
,
тогда
Полная проводимость со стороны плеча 1 в точках а и б
На резонансной частоте , которая в нашем случае равна
выражение
для
имеет следующй вид:
Следовательнокоэффициенты
и
равны
Аналогично
рассмотрим возбуждение диплексера со
стороны входа 2 (см. рис.3)
Рис.3
В этом случае входная проводимость со стороны входа 2 будет равна
т.е. можно записать, что
а
Рассматривая
возбуждение диплексера со стороны входа
3 (см. рис.4), можно оп-
Рис.4
ределить
соответствующий коэффициент
,
который вычисляется следующим образом:
так как
Поскольку шестиполюсник является взаимным, то матрица рассеяния симметрична относительно главной диагонали. Следовательно, матрица рассеяния диплексера с учeтом найденных коэффициентов будет иметь вид:
В инженерной практике наиболее целесообразным и доступным является метод определения коэффициентов матрицы экспериментальным путем.