Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Хайков А.З. Клистронные усилители

.pdf
Скачиваний:
8
Добавлен:
25.10.2023
Размер:
13.9 Mб
Скачать

ка лишь 'качественный характер, но они у к а з ы в а ю т на необходи­ мость всесторонней оценки способов "выбора затуханий и расстроек резонаторов при реализации частотных характеристик различного вида. Более подробно эти вопросы будут рассмотрены при решении з а д а ч синтеза.

Д л я клистронов с большим числом резонаторов д и а г р а м м ы ну­

лей

и полюсов соответственно усложняются . Существенной

чертой

этих

д и а г р а м м является та особенность, что нули функций

усиле­

ния

и тока

располагаются несимметрично

относительно веществен ­

ной оси б на плоскости р. Следовательно, модуль

функции

усиления

или

тока не является четной функцией Q,

ф а з а

не является

нечет­

ной функцией

Q. Поэтому при p = [Q

 

 

 

 

JC H «(Q)

^ 2

arg £ „ „ ( & )

 

 

 

(7.67)

 

 

 

 

К» „.(-Q)

 

 

 

 

 

 

Аналогичные неравенства соответствуют функции /„ . Соотноше­

ния

(7.67)

у к а з ы в а ю т на .принципиальное

р а з л и ч и е м е ж д у

функ­

циями усиления клистрона и обычного многокаскадного

усилителя .

Это

различие

вызвано комплексным х а р а к т е р о м

п а р а м е т р о в

5 п л и

учетом влияния несоседних резонаторов . Характерной особенно­ стью функции усиления клистрона является т а к ж е зависимость значений нулей от полюсов, соответствующих промежуточным ре­

зонаторам . При изменении р а с п о л о ж е н и я какого-либо

полюса Ьи

(путем регулировки б* или Qk) р а с п о л о ж е н и е нулей Кип

и 1п опре­

деленным образом изменится.

 

8 г л а в а

ЧАСТОТНЫЕ Х А Р А К Т Е Р И С Т И К И

8.1.Графоаналитический метод расчета частотных характеристик

Ч а с т о т н ая характеристика усилителя на многорезонаторном кли­ строне может быть, рассчитана с помощью д и а г р а м м ы нулей и по­ люсов его функции усиления по аналогии с расчетом частотной за­

висимости Уоь который описывался в § 6Л. Впервые использование

графоаналитического метода применительно к клистронным

усили­

телям было п р е д л о ж е н о Олдом [77]. Он т а к ж е п о к а з а л , ка к с по­

мощью данного

метода можно определять параметр ы резонаторов,

если необходимо

получить частотные характеристики с в о з м о ж н о

большей полосой пропускаемых частот.

 

Рассмотрим применение графоаналитического метода на приме­

ре усилителя на

трехрезонаторном клистроне. Пр и малом

сигнале

функция усиления такого усилителя согласно ф-ле (7.7)

JS

JS

Р

С \

/g

J \

Н 3 _ "

 

( p - b i ) ( P - b 2 ) ( p - & 3 ) '

 

 

где К — постоянный

множитель, не влияющий на

частотную ха­

рактеристику .

 

 

 

Н а

рис. 8.1 .показано, как с помощью д и а г р а м м ы

нулей и

полю­

сов определяется значение модуля и ф а з ы функции Къз при неко­

тором

д = 1 Й . Очевидно,

что

модуль м н о ж и т е л я

типа

( Ю — б у ­

дет равен

длине

вектора,

идущего

из точки p =

Pi в точку p = iQ, а

аргумент

этого

множителя

равен

углу

м е ж д у

соответствующим

вектором и осью б, отсчитываемому

против часовой стрелки.

Д л я каждог о

значения О, с помощью

графического

построения

векторов,

идущих из нулей

и полюсов <в точку

Q, могут

быть най­

дены

модуль и ф а з а

Я н з ( й ) :

 

 

 

 

 

KH3(Q)

= K

ILJLzfd

 

 

 

 

 

н 4

 

|iQ — bi\\i

й — 6 3 ||iQ — b3\

 

 

 

 

^

 

 

 

з

 

 

 

 

 

 

a r g t f H 8 ( Q ) = Ф , 1 — V ф м .

 

 

 

 

 

Здесь

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<P6* =

arg(iQ — bk),

9 e t =

arg(iQ — c j ) .

 

 

 

Ш

Эти формулы

легко обобщаются на случай

д-резонаторного кли­

строна.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пусть поставлена з а д а ч а получения наибольшей полосы пропу­

скания, при заданной .неравномерности ее частотной

характеристи ­

ки. Если могут

изменяться

лишь настройки

резонаторов,

то при

расчете частотных характеристик число регулируемых

п а р а м е т р о в

(Qh)

функции усиления равно числу резонаторов.

Если

ж е

могут

 

 

 

т а к ж е изменяться

и

затухания

 

 

 

резонаторов, то

число

регули ­

 

 

 

руемых

п а р а м е т р о в

(Qk

й 6/0

 

 

 

удваивается и без каких - либ о

 

 

 

отправных

положений

 

решение

 

 

 

такой задачи становится

чрез­

 

 

 

вычайно

с л о ж н ы м .

 

 

 

 

 

 

К а к уж е укавьгаалоеьгл. 7,

р и с

g j

 

в отличие от многокаскадног о

 

усилителя

для

 

«лиетронното

 

 

 

усилителя пр и определении по­

рядкового номера полюса,

т. е. его соответствия

резонатору,

в а ж н о

знать, к а к о в ы как действительная, так и м н и м а я

части этого

полюса .

Соотношения затуханий резонаторо в не могут б ы т ь выбраны

произ­

вольными. Из - за

связи с возбудителем входной резонатор

имеет за­

тухание, большее, чем у промежуточных резонаторов,

но

меньшее,

чем

у выходного

резонатора . Если затухание

промежуточных

резо­

наторов м о ж е т регулироваться, то чем б л и ж е промежуточный ре­

зонатор к выходному резонатору, тем целесообразнее

дл я

умень­

шения потерь иметь затухание этого резонатора возможн о

мень­

шим.

 

 

Характер настройки промежуточных резонаторов

влияет не

только на усиление, но и на кпд клистрона . Д л я получения возмож ­

но большего значения

тока, в о з б у ж д а ю щ е г о выходной

резонатор,

целесообразно, чтобы предпоследний

резонатор

был настроен на

более высокую частоту, но сравнению с частотой

настройки преды­

дущих резонаторов .

 

 

 

 

Выходной резонатор

клистрона

не д о л ж е н

быть

сильно рас ­

строен относительно центральной частоты, так как при р а с с т р о й к е мощность из-за уменьшения сопротивления выходного резонатора будет уменьшаться . Само по себе р а с ш и р е н и е полосы пропускания

т а к ж е связано

с уменьшением

полезной мощности

клистрона,

так

как настройка

промежуточных

резонаторов в этом

случае не

соот­

ветствует условию получения оптимальной группировки электрон­ ного потока. Эти два с о о б р а ж е н и я еще раз подчеркивают необхо­ димость решать задачу р а с ш и р е н и я полосы отдельно д л я груипирователя и дл я выходной цепи.

Рассмотрим примеры расчета частотных характеристик графо ­ аналитическим методом . Примем дл я определенности, что парамет ­

ры трехрезонаторного клистрона

имеют

следующие соотношения:

6i = 0,463, 62 = 0,263, p 5 i 2 5 2 3 / 5 i 3 = 6 3 .

Тогда

нуль ct = — 0 , 2 б 3 + ( i Q 2 +

+ 1 б 3 ) .

 

>

232

 

 

Д л я (случая одинаковой настройки

резонаторов

частотная харак ­

теристика

усилителя

и з о б р а ж е н а на

рис. 8.2а сплошной линией.

Величина

усиления /<„3 в децибелах

нормирована

к значению

уси­

ления на

центральной

частоте Киз м а и с - Пунктирной линией на

этом

off'змакс\\ ,ЗБ-

В)

•Л3

 

 

1

\\

 

-0,8

 

1

I

 

 

 

 

 

!

*

 

,Ь1

С

It

 

|

 

7ч

 

 

 

 

 

 

-0,8

 

 

1

я

\\

 

 

 

1

О

 

 

 

 

г

\\

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

-12

0,8 %7

 

 

-0,8

О

Рис. 8.2

 

рисунке показана частотная характеристика, вычисленная в пред­

положении,

 

что

влиянием несоседних резонаторов можно прене­

бречь,

т. е.

что

нуль

ct

находится

в бесконечности.

 

К а к

видно

из

сравнения

этих

характеристик,

ошибка в

этом

случае

невелика.

Соответствующая

д и а г р а м м а

нулей

и

полюсов

 

показана

на

рис. 8.26.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д л я

расширения

полосы

пропускания

резонаторы

могут быть

расстроены

 

относительно центральной

частоты

полосы.

Величину

расстройки

к а ж д о г о

резонатора

м о ж н о

найти, если

 

ш а г

за

шагом

менять

настройки

отдельных резонаторов

и к а ж д ы й

р а з

строить

 

 

к

 

1

"

 

 

 

 

-0,8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т

0

 

 

1 ?

 

 

 

 

1

2

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J \f

 

 

 

 

 

 

 

/

S

 

 

V

 

 

 

bp :

хх

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/У /

'-11

 

1 1 1

<

 

-0,3

 

 

о,в

 

 

iff

%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

?

 

 

 

 

 

\

\

 

 

 

 

 

11,1

-18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\ \ г

*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 П

\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-0,8

 

 

 

 

о,8

^ k

Рис.

8.3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

частотную характеристику .

Из

серии таких характеристик

м о ж н о

выбрать наиболее подходящую, имеющую з а д а н н у ю неравномер ­

ность и наибольшую полосу пропускания.

На рис. 8.3а

с п л о ш н ы м и

л и н и я м и

п о к а з а н ы три характеристики,

рассчитанные

д л я

опреде­

ленных

значений расстроек первого и третьего резонаторов

и при

233

трех значениях расстройки (второго (резонатора.

Соответствующие

д и а г р а м м ы нулей in полюсов приведены « а рис.

8.36. И з этого ри­

сунка видно, что приемлемым является третий в а р и а н т настройки, когда значения двух максимумов практически совпадают, если счи­ тать, что при этом провал частотной характеристики в центре не превышает заданной величины. Уменьшение усиления по сравнению

с величиной

/(нзмакс является

характерным

для

широкополосной

настройки. Пунктирной линией на

рис. 8.3 а

и з о б р а ж е н а

частотная

характеристика, вычисленная

для

третьего

варианта

настройки, по

в предположении, что влиянием

несоседних

резонаторов м о ж н о

пренебречь. Очевидно, что при широкополосной

настройке,

когда на

краях полосы

пропускания усиления, д а в а е м ы е отдельными резо­

наторами, сильно отличаются друг от друга по величине, пренебре­ жение влиянием несоседних резонаторов может привести к большой

погрешности

при расчете частотной характеристики .

Функция

тока

трехрезонаторного

клистрона

имеет при малом

сигнале согласно

ф-ле (7.45) следующий вид:

 

/в (/>) =

К

 

р—сх

 

(8.2)

(Р-Ьг)

(Р-Ь2)

 

 

 

 

 

Если

ставится

з а д а ч а получения

наибольшей

полосы пропуска­

ния частотной зависимости тока, .возбуждающего выходной резона ­

тор, то для ее решения т а к ж е может

быть

использован

г р а ф о а н а л и ­

тический метод. В качестве примера

д л я

трехрезонаторного

клист­

рона с теми ж е п а р а м е т р а м и , что и ранее,

были рассчитаны

частот­

ные характеристики тока д л я трех

вариантов настройки резонато ­

ров (рис. 8.4а). В этом случае, так

к а к имеется всего

два

полюса .

а)

шкс

 

6)

 

 

\

0

 

\

\ -0,4

 

2-1Г _

 

 

 

J>

 

h

) '-Ьг

С

J

/

 

-0,8

0,8

Q/fi

 

 

 

 

 

1

ч-

 

 

 

 

-0,8

О

0,8

Рис. 8.4

 

 

бе зр а з ли ч н о, будем ли мы считать, что изменяется настройка пер­

вого резонатора или второго. Поэтому на д и а г р а м м а х рис . 8.46

по­

к а з а н о , что изменяется положение полюса,

соответствующего

пер­

вому резонатору. Поскольку максимальное

значение тока в к а ж д о м

случае может быть получено одинаковым,

на рис 8.4а

построены

зависимости /зЯзмакс в децибелах . Н а и б о л ь ш е й полосой

о б л а д а е т

частотная характеристика, соответствующая второму варианту на­ стройки,

С л о ж н о с ть применения графоаналитического метода резко воз­

растает с увеличением числа резонаторов клистрона .

Сам

метод

подбора является

громоздким и, к р о м е

того,

не

дает

гарантии, что

в конечном итоге

найден оптимальный

в а р и

а н т .

Его

следует

при­

менять в случаях получения сравнительно узкополосных режимов, когда затухания резонаторов либо определяются только электрон­

ной нагрузкой,

либо могут

быть увеличены

в ограниченных

пре­

делах .

 

 

 

 

 

Н а и б о л е е целесообразно

р е ш а т ь з а д а ч у

получения

в о з м о ж н о

большей полосы

частот м е т о д а м и синтеза цепи. В этом

случае

па­

раметры частотной характеристики требуемого вида считаются за­

данными, причем могут

быть определены условия, когда эти ха­

рактеристики являются наиболее оптимальными .

 

 

Как было показано в

гл. 1 и гл. 7,

частотные свойства многоре-

зоиаторных

клистронов

и многокаскадных

резонансных

усилителей

во многом

аналогичны.

При создании

широкополосных

л а м п о в ы х

усилителей

наибольшее

распространение

получили

характеристики

Ч е б ы ш е в а

и Баттерворса . В ряде случаев

находит

применение ли­

нейная ф а з о в а я характеристика . Поэтому целесообразно опреде­ лить, как подобные характеристики могут быть получены д л я кли­ стронов.

Поскольку при решении з а д а ч синтеза цапи клиетромного уси­ лителя будет использоваться метод потенциальной аналогии, рас­ смотрим предварительно, к а к этот метод применяется д л я синтеза обычных многокаскадных усилителей.

8.2.Метод потенциальной аналогии

Согласно анализу гл. 7, функция усиления или функция тока многорезонаторяого клистрона с точностью до постоянного множи ­ теля может быть представлена рациональной функцией

м

 

П

 

( Р - с / )

 

 

 

 

 

 

* ( Р ) = у

 

 

 

 

 

 

 

Л 8 . 3 )

 

П (Р - ьк)

 

 

 

 

 

 

где

N — n

д л я

функции

усиления

и N = n—1

для

функции

тока,

 

З а д а ч а

синтеза

заключается в

отыскании

р а с п о л о ж е н и я

полю­

сов

Ьи, которым

бы

соответствовала

частотная

зависимость F(Q) =

=

 

] 2

определенного

типа. Одним из методов

решения

подоб­

ной задачи является метод потенциальной аналогии, используемый

обычно в синтезе пассивных цепей и цепей

многокаскадных усили­

телей [18, 20, '23]. Этот

метод может быть

успешно применен

д л я

синтеза цепи клистронного усилителя.

 

 

 

Идея

метода потенциальной аналогии

заключается

в том,

чго

вместо

задачи синтеза

цепи рассматривается з а д а ч а

отыскания

235

 

 

 

 

 

к ш ' ф и г у р а ц ии системы электрических за -

'

 

— - J

*

 

.рядов, с о з д а ю щ и х

определенное электри -

 

 

 

четкое

поле. Если

соответствующая

ана-

/

 

. г/п\

1

 

логия

установлена,

то д л я

решения

п о -

/

 

f / c / i

 

ставленной

задачи

м о ж е т использовать-

\

 

Pf

J

 

ся

математический

аппарат,

примеияе -

ч

^

^ /

 

 

мый в

электростатике.

 

 

 

 

 

 

'

 

^

 

Рассмотрим,

как .определяется

нотен-

0\

 

 

 

8

циал

поля,

образованного

 

'бесконечно

 

 

 

 

 

протяженной

равномерно

з а р я ж е н н о й

Р и с ' 8 ' 5

 

р в точке

pi

нитью, пересекающей п о д .прямым

углом

плоскость

(рис. 8.5).

Если

з а р я д нити на

единицу

дли­

ны р а в е н

<7ь то потенциал на

расстоянии

г от точки р^ с

точностью

до произвольной

постоянной

будет равен

 

 

 

 

 

 

V =

£ — lnr .

 

2 л е0

Поток, исходящий из угла ft, равен -^—qi. Введем в рассмотре-

ние функцию потока Ф, к о т о р а я пропорциональна по величине по­ току в угле ft, но имеет ту ж е размерность, что и V. Д л я того что­ бы функции V и Ф удовлетворяли условиям К о ш и - Р и м а н а , необ­ ходимо ввести еще отрицательный знак, т. е. определить функцию потока следующим образом:

Ф =

2 Л Е 0

Функции V и Ф могут быть объединены в одной функции комплекс ­ ного потенциала

W=V+id>

=

—Qiln{p

— p1),

 

 

 

 

 

(8.4)

где Qi =

qJ2ne0.

 

 

 

 

 

 

 

 

Будем считать величины W и Q t нормированными и безразмер ­

ными, причем

Qi будем считать нормированной

величиной

з а р я д а .

В дальнейшем

помимо

з а р я ж е н н ы х нитей

будут

т а к ж е рассматри ­

ваться з а р я ж е н н ы е проводники, имеющие

цилиндрическую

поверх­

ность. Д л я упрощения

можно рассматривать точку ле] — ечения

ни­

ти

с плоскостью р как

точку, где

помещается одиночный з а р я д

Qi,

а

линию

пересечения

проводника

с плоскостью

р как

п р о в о д я щ у ю

линию с

распределенным на ней

з а р я д о м . При

этом,

естественно,

поля остаются двумерными, так как меняются лишь обозначения, а не исходные физические предпосылки .

Если плоскость

р пересекается в

точках ph р я д о м

изолирован ­

ных нитей, к а ж д а я

из которых имеет

нормированный

з а р я д Qu на

единицу длины, то на основании принципа суперпозиции комплекс­ ный потенциал общего поля

и7 = V[-Q* in (/>-/>*)] +с,

к

где С— произвольная комплексная постоянная.

236

)

Удобно ввести в рассмотрение экспоненциально - потенциальную функцию

е1"= К П ( Р - Р * Г Q*>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( 8 - 5 )

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где К — произвольная

постоянная.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если принять, что величина Qu может принимать лишь целые

положительные или отрицательные значения, то функция

e w

 

будет

являться

рациональной

функцией р.

 

Следовательно, могут

быть

написаны

равенства,

у с т а н а в л и в а ю щ и е

аналогию

м е ж д у

какой-

либо функцией цепи и экспоненциально-потенциальной

функцией

поля:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¥ ( p ) - e W ( p )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\nV(p)=W(p)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( 8 . 6 )

\n\W(p)\

=

V(p)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а г § ¥ ( р )

=

Ф(р) j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Эти

р а в е н с т в а

будут

выполняться

при

условии,

что

в

точках

плоскости р, где располагаются нули

функции Ч?(р),

следует

.счи­

тать помещенными отрицательные з а р я д ы , .причем величина

з а р я д а

д о л ж н а

составлять столько

единиц,

каков

порядок нуля

в

данной

точке, а в точках, где располагаются

полюсы хУ(р),

следует считать

помещенными

положительные з а р я д ы

 

соответствующей

порядку

полюса

величины. Тогда

з а д а ч а отыскания

р а с п о л о ж е н и я

нулей и

полюсов

функции

^(р)

 

по

з а д а н н о м у

виду

этой

функции

может

быть сформулирована

как

з а д а ч а н а х о ж д е н и я конфигурации

отри­

цательных и положительных зарядов, которой соответетвует

тре­

буемый характер

изменения функции

е т г

при p =

iQ.

 

 

 

 

В качестве примера применения метода потенциальной

анало ­

гии рассмотрим з а д а ч у получения частотной характеристики

функ­

ции усиления

(тока)

в

виде характеристики Ч е б ы ш е в а при

 

допу­

щении, что влиянием несоседних резонаторов в клистроне можно пренебречь. Это решение может служить как нулевое приближение для более общей задачи с учетом влияния несоседних резонаторов . При сделанном допущении функция усиления (тока) будет име!ь следующий вид:

¥ ( / > ) = - —

( 8 . 7 )

П (Р - Ьк) .

 

При такой записи функция W(р)

совпадает с функцией усиления

многокаскадного 7?С-усилителя или при соответствующем преобра­

зовании

частоты — многокаскадного

резонансного усилителя .

Д л я

многокаскадного

усилителя

полином, стоящий в

знамена ­

теле функции усиления

х¥(р), является полиномом Гурвица, по­

скольку все коэффициенты полинома

будут величинами веществен­

ными и положительными

{21]. Следовательно, все корни

полинома

237

р а с п о л а г а ю т ся в левой полуплоскости

 

и либо

л е ж а т

на

 

действи­

тельной

оси, либо с о с т а в л я ю т комплексно - сопряженные

пары.

 

П р и

изучении

амплитудно-частотных

характеристик

целесооб­

разно ввести в рассмотрение функцию F(р)

xY(p)x¥(—р),

 

 

та к ка к

она представляет собой аналитическую запись

 

к в а д р а т а

 

модуля

функции х¥(р)

при p =

iQ. 'Полюсами

функции

F(p)

в левой

полу­

плоскости являются полюсы функции х¥(р),

 

а

 

полюсы

в

 

правой

полуплоскости

располагаются симметрично

 

относительно

начала

координат к полюсам

в левой полуплоскости, так как

( — р — 6 Л )

=

= —[р—(—bk)].

 

Учитывая

свойства

полюсов

xY(p)

дл я

многокас­

кадного

усилителя, можно

сделать

т а к ж е

вывод,

что полюсы

F(p)

в правой полуплоскости будут [расположены

 

симметрично

относи­

тельно осп Q к п о л ю с а м

в левой

полуплоскости.

Следовательно,

функцию F(p)

м о ж н о представить в следующей

форме:

 

 

 

 

 

Р{р)<

( - 1 )

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(8.8)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

П ( P - b f t )

(p+bk)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

bh есть величина,

комплексно - сопряженная

с

6 ; , . Т а к а я

ф о р м а

записи

функции F(p)

н а г л я д н о п о к а з ы в а е т

расположение

 

ее полю­

сов

и в

аналогичном

виде

будет использована

дл я представления

к в а д р а т а модуля

функции

усиления

клистронного

усилителя,

к а к

полюсы, так и нули которой

не с о с т а в л я ю т

комплексно - сопряжен ­

ные

пары.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Идеальной

частотной

характеристикой

полосового

 

усилителя

была бы характеристика,

и з о б р а ж е н н а я

на рис . 8.6 сплошной

ли­

 

 

 

 

 

 

нией.

Д л я

получения

 

такой

ж е

 

зависи­

 

 

1+6

 

 

 

мости

в п р е д е л а х

полосы

экгапоненциаль-

 

 

 

 

но-потенциальной

 

функции

 

 

 

ew=F(p)

 

\ J 1 Ч / ' \

 

электрическое п о л е д о л ж н о 'было 'бы быть

 

 

образовано

 

п о л о ж и т е л ь н о

з а р я ж е н н ы м

 

 

7+£

 

 

 

проводником,

р а с п о л о ж е н н ы м

в

плоско ­

 

 

 

 

 

 

сти

р на

мнимой

оси на

отрезке

 

от йо

 

 

 

 

 

 

д о

йо-

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/

|

|

 

\ \

 

•Потенциал

 

на

проводнике

'во шсех

 

 

 

 

 

точках

одинаков

и

уменьшается

по

мере

 

 

 

 

Яд

~ТТ удаления

п о оси й

о т проводника .

З а р я д

Риг.

8.6

 

 

 

 

на

проводнике

д о л ж е н

быть

распределен

 

 

 

 

непрерывно

и,

следовательно1 ,

 

ф у н к ц и я

F(p)

 

 

 

 

 

 

 

д о л ж н а

 

'была

бы

иметь

 

'бесконечное

 

число

 

полюсов

на отрезке ± Й 0 . :

Та к ка к число

полюсов функции

F(p)

равно

уд ­

военному числу к а с к а д о в

усилителя

и

является

 

величиной

 

ограни­

ченной,

то идеальная

частотная

 

характеристика

дл я

реального

многокаскадного усилителя принципиально не может быть полу­ чена и следует искать аппроксимацию того или иного вида . Аппрок­

симация Ч е б ы ш е в а

о б л а д а е т тем свойством, что в пределах поло­

сы аппроксимации

м а к с и м а л ь н ы е отклонения аппроксимирующей

238

функции от заданной функции минимальны . Амплитуды

колебании

аппроксимирующей функции

при чебышевской

аппроксимации

постоянной одинаковы, к а к это

показано на рис.

8.6

пунктирной

линией. Поэтому такую аппроксимацию иногда называют равноволновой.

Д л я

то.го чтобы получить аппроксимацию постоянной примени­

тельно

к потенциалу V,

необходимо заменить положительный за­

ряд,

непрерывно

распределенный на проводнике

в пределах от

— й 0

до

Й0 , единичными

изолированными положительными

заряда ­

ми.

Эта

замена

д о л ж н а

быть произведена таким

образом,

чтобы

аппроксимация имела заданный х а р а к т е р . Процесс замены распре­

деленного з а р я д а может быть условно

назван

квантованием .

При

квантовании следует

определить,

к а к и м

образом д о л ж н ы распола­

гаться изолированные

з а р я д ы . Если

просто

заменять к а ж д ы й

уча­

сток проводника, на котором распределен

единичный

з а р я д ,

од­

ним квантованным з а р я д о м , с к а ж е м ,

<в центре участка,

то

аппрок­

симация

будет носить

неприемлемый

характер — з а р я д ы .будут

рас­

полагаться на оси Q и при перемещении вдоль

этой оси

от

з а р я д а

к з а р я д у

потенциал будет

резко

изменяться

точках,

где

распо­

лагаются

з а р я д ы , V=oo).

Представляется

более целесообразным

р а з м е щ а т ь квантованные

з а р я д ы

на

эквипотенциальной

линии" по­

ля, с о з д а в а е м о г о распределенным

з а р я д о м

на

оси. При

этом

сле­

дует учитывать требование симметрии полюсов функции F(p)

и,

следовательно, квантованных з а р я д о в относительно оси

й

и отно­

сительно

оси к5. Д л я

того

чтобы убедиться,

что

т а к о е размещение

зарядов даст аппроксимацию требуемого вида, нужно сначала оп­

ределить поле прототипного потенциала, т. е.

потенциала,

создан­

ного распределенным положительным з а р я д о м

на проводнике, ле­

ж а щ е м н а оси Q, и отрицательными

з а р я д а м и ,

расположенными в

бесконечности, поскольку нули F(p)

д л я

рассматриваемого

случая

находятся в

бесконечности. Тогда, р а с п о л о ж и в

з а р я д ы в

определен­

ных точках

прототипного поля, которые

д о л ж н ы быть

найдены с

учетом требований симметрии расположения з а р я д о в , мы найдем

поле, создаваемое

к в а н т о в а н н ы м и

з а р я д а м и ,

и

проверим

характер

аппроксимации .

Так

как

число

квантованных

з а р я д о в

р а в н о

2N,

проводник,

создающий

прототипный потенциал,

т а к ж е д о л ж е н

иметь положительный

з а р я д в 2N

единиц.

 

 

 

 

 

 

 

Д л я определения поля

прототипного потенциала

перейдем

с

по­

м о щ ь ю конформного преобразования

 

 

 

 

 

 

w = и +

i о =

arsh/?',

p'

= -^— — shw

 

 

 

 

(8.9)

от плоскости

р к плоскости w (рис. 8.7). Это

преобразование

будет

однозначным

в смысле Р и м а н а ,

если считать

плоскость р

бесконеч-

нолпстой. Тогда

к а ж д о м у

листу

плоскости р

будет

соответствовать

на

плоскости

w

полубесконечная

полоса шириной в

2 я и располо­

ж е н н а я справа

или

слева

от мнимой оси а. Отрезок

оси Й в преде­

лах

± й 0

перейдет

во

всю ось

о

на плоскости

w, если

учитывать

все

листы плоскости

р. З а р я д а м ,

р а с п о л о ж е н н ы м

на плоскости

р,

289