5. Проблема согласования нагрузки с линией передачи

Нагрузка, подключенная к концу линии передачи, называется согласованной, если её нормированное сопротивление или проводимость равны единице: В линии устанавливается режим бегущей волны. На практике возникают ситуации, когда условиене выполняется и в то же время линию и нагрузку изменять запрещено. В этих условиях необходимо изыскать способ обеспечения в линии режима бегущей волны, причем вся мощность этой волны должна поглощаться в нагрузке.

Общий принцип, который кладется в основу при решении этой проблемы, состоит в том, что нагрузка подключается к линии не непосредственно, а через согласующий трансформатор (рис. 6.5, а).

От трансформатора требуется, чтобы он трансформировал проводимость подключенную к его выходным клеммам, в проводимость, равную единице на его входных клеммах:

(6.0)

Это есть условие согласования, при котором в линии устанавливается режим бегущей волны. Поскольку отраженной волны нет, а в трансформаторе потери должны отсутствовать, вся мощность падающей волны поглощается в нагрузке.

Трансформаторы, применяемые на СВЧ, выполняются на отрезках линий. Рассмотрим устройство трансформа-тора, реализующего так называемое одношлейфное согласование (рис. 6.5,б). Трансформатор представляет собой отрезок линии длиной, на входе которого включена параллельная реактивная неоднородность, имеющая нормированную проводимость. Полная проводимость на входе трансформатора складывается из двух параллельно включенных проводимостей: проводимостии проводимостиЭта вторая проводимость представляет собой проводимость нагрузки, трансформированную к входным клеммам отрезком линии длиной. Итак:

(6.0)

Подстановка (6.10) в (6.11) дает условие согласования в виде двух равенств:

(6.0)

(6.0)

Условие (6.12) можно удовлетворить путем выбора такой относительной длины трансформирующего отрезка чтобы активная часть проводимостибыла равна единице:Условие (6.13) можно удовлетворить подбором реактивной проводимости (проводимости шлейфа):;Приведём пример расчета.

Задача. Проводимость нагрузкиДлина волны в линииРассчитайте длину трансформирующей секциии реактивную проводимость, при которых в основной обеспечивается режим бегущей волны.

Решение. Нанесем на диаграмму проводимостей точку 1, соответствующую(рис. 6.6). Отсчет по шкале «к генератору», соответствующий этой точке, равен 0,222, а КБВ = 0,23. Перемещаясь по окружности КБВ = 0,23 к генератору, непременно доходим до точки 2, через которую проходит окружность. Отсчет по шкале перемещений, соответствующий точке 2, равен 0,32, а значение реактивной проводимости здесьТаким образом, на расстоянииот нагрузки трансформированная проводимостьЧтобы компенсировать реактивную проводимость, проводимость шлейфа нужно выбрать равнойИтак, длина трансформирующего отрезкаЕсли линия передачи – волновод, то в качестве шлейфа можно взять емкостную диафрагму, подобрав ее ширину по формуле (6.9).

Из рис. 6.6 видно, что имеется другой вариант трансформатора: в точке 2' на круговой диаграмме проводимость, так же, как и в точке 2, имеет активную часть, равную единице. В этом случае реактивный шлейф должен иметь индуктивную проводимость, а длина отрезкадолжна быть больше, чем в рассчитанном случае.