Устройства СВЧ и антенны

121

На рис. 4.3. показаны амплитуды и фазы напряжения (непрерывная линия), тока (пунктирная линия) в режиме бегущей волны.

волн напряжения одинаковы и фазы равны. Это может быть при разомкнутой на конце линии. Из (4.8)

На конце линии при l=0 получается минимальное значение тока (узел тока) и максимальное значение напряжения (пучность) (см. рис 2.4). Коэффициент отражения при разомкнутом отрезке линии длиной L равен:

Практически в диапазоне СВЧ режим х.х. создать не удается. Действительно с электродинамической точки зрения на конце линии для этого режи-

ма следует потребовать выполнения Нτ = 0 . Такое граничное условие выполняется лишь на поверхности идеального магнитного проводникового материала, который может быть представлен лишь теоретически.

½U(l)½,½i(l)½

2½U0+½

2½ i0+½

l

l

Рис. 4.4.

На рис. 4.4. изображены амплитуда и фаза напряжения и тока (непрерывная линия для напряжения и пунктирная линия для тока в обоих случаях) в режиме холостого хода.

122

3) Режим короткого замыкания (к.з.). Г&0 = 1 ; ϕ 0 = π - режим к.з.

В этом случае амплитуды падающей и отраженных волн одинаковы, а фазы отличаются на 1800. В сумме они дают нуль напряжения на конце линии (см. рис. 4.5), что может быть при коротком замыкании, поэтому, этот режим носит название к.з.

Из (4.8) для этого режима получаем значения напряжения и тока

Условие к.з. соответствует случаю Eτ = 0 , т.е. для создания в линии к.з. на конце ее необходимо поставить идеальный электрический проводник

2½U0+½

2½ i0+½

Рис. 4.5.

На рис. 4.5. изображены амплитуды и фазы напряжения непрерывная линия), тока (пунктирная линия) в режиме короткого замыкания

4) Режим смешанных волн.

В общем случае произвольной нагрузки модуль коэффициента отражения меняется в пределах от 0 до 1, а фаза от 0 до 3600. Если коэффициент от-

128

Большая окружность единичного радиуса с центром в точке А на рис. 4.7 соответствует случаю Г= 1. Равенство единице модуля коэффициента

Z = R + jX . Все окружности R = const , центры которых лежат на линии ВС (действительная ось), проходят через точку В (рис. 4.8). Характерной является окружность R=1 (на ней активная часть сопротивления равна волновому). В точке С - R=0, в точке В - R = ∞ , в точке А- R=1. Линия ВС – геометрическое место точек, где ток и напряжения синфазны, линия активных сопротивлений (узлов и пучностей напряжения).

3) Окружности постоянных реактивных сопротивлений.

Центры окружностей Х=const лежат на прямой, параллельной мнимой оси (в круг радиуса Г=1 попадают только части этих окружностей). Линии отрицательных реактивных значений Х (емкостные сопротивления) лежат в левой половине диаграммы, а линии положительных реактивных значений Х (индуктивные сопротивления) – в правой (рис. 4.9).

Рассмотрим, какими свойствами обладают окружности R=const и

X=const.

Сопротивление нагрузки в относительных единицах (без индексов) Z = R + iX . Тогда коэффициент отражения будет равен

129

Параметром является реактивное сопротивление X.

Из уравнений видно, что линии постоянных R и X являются окружностями. Координаты центров окружностей R=const, согласно (4.27), равны

Пользуясь этими уравнениями, рассчитывают и строят сетку окружно-

стей R=const и X=const.

После всего рассмотренного, представим в конечном виде диаграмму полных сопротивлений рис. 4.10. Как видно он представляет собой наложение рис. 4.8 и рис. 4.9.

Окружности X=const пересекают действительную ось в точках, через которые проходят окружности R=const. Центры окружностей X=const лежат на прямой, параллельной мнимой оси и также проходящей через точку х.х. линии.

Окружности R=const имеют одну общую касательную в точке с координатами 2+j0, где входное сопротивление передающей линии стремится к бесконечности. Окружности КСВ=const на круговой диаграмме наносится пунктиром (либо вообще не наносятся). В соответствии с соотношениями

130

окружности КСВ=const пересекают действительную ось в точках, через которые проходят окружности R=const, причем в относительных единицах R=КСВ

или R=1/КСВ.

Таким образом, для нахождения окружности заданного КСВ необходимо найти соответствующую окружность R=const, после чего провести из центра диаграммы окружность, касательную к окружности постоянного активного сопротивления. Увеличению расстояния рассматриваемого сечения от нагрузки соответствует движение по ок-

ружности ρ=const.

Диаграмму полных сопротивлений можно использовать в качестве диаграммы полной проводимости, при этом остаются в силе все без исключения числовые обозначения,

имеющиеся на диаграмме полных сопротивлений. Координатная сетка диаграммы может быть применена для изображения не только полных

сопротивлений линии, но и полных проводимостей в относи В качестве начала отсчета выбрана точка R=X=0,

т.е. минимум стоячей волны напряжения. Шкала углов наносится вне большой окружности. Обычно углы

выражают не в градусах , а в виде отношения длины линии l данной линии λВ, то есть в единицах l /λВ.

Полный оборот по диаграмме совершается при перемещении вдоль ли-

нии на λВ . 2

тельных единицах в виде

В диаграмме полных проводимостей меняется физический смысл характерных точек (рис. 4.10). Точка В означает теперь не режим х.х., а режим к.з. Наоборот, точка С соответствует теперь х.х (Y=0). Минимумам стоячей волны напряжения соответствует отрезок АВ. Правая полуплоскость соответствует положительной реактивности (емкости). Левая – отрицательной (индуктивности). Ниже приведена типовая диаграмма Вольперта – Смита.