книги из ГПНТБ / Основы радиотехники и радиолокации учеб. пособие

Гис. 2. 16. Распределение тока и напряжения в линии при Рн> рл'• о- — напряжения; б — тока.

ние напряжения в этом случае близко к распределению его в разомкнутой линии (рис. 2.16). Но вследствие того, что ам ­ плитуда отраженной волны меньше амплитуды падающей в том месте, где должен быть узел, суммарное напряжение не снижается до нуля. Оно имеет некоторое наименьшее значе­ ние и мин, равное разности напряжений падающей и отражен­ ной волн.

В местах пучностей при этом возникает наибольшее на­ пряжение и Макс, равное сумме этих напряжений, но меньшее удвоенного напряжения падающей волны. Чем ближе RH к р, тем ближе режим линии к режиму бегущей волны и тем

Для характеристики режима линии введен коэффициент бегущей волны (Кбв)

Кбв =

Цмин ^мин Цмакс ^макс

80

или

Кбв - - jjr . Последняя формула выведена из уравнений

^макс = Іц' R H і U MHH = Ін-р .

Чем ближе Кбв к единице, тем ближе режим линии к режи­ му бегущей волны.

Иногда применяют величину, обратную коэффициенту бегущей волны, называемую коэффициентом стоячей волны Ксв:

Ксв= (2-10

и мин

Если R n<p, то в линии возникает также режим смешанных волн, но распределение напряжения и тока схоже с распре­ делением в короткозамкнутой линии (рис. 2.17). Принцип получения смешанных волн в данном случае такой же, как и для R H > P -

Рис. 2. 17. Распределение тока и напряжения в линии при RH< p n'- а — напряжения; б — тока.

81

Если линия работает в режиме бегущих волн, то в на­ грузочное сопротивление поступает наибольшая полезная мощность. Если же сопротивление нагрузки не равно волно­ вому сопротивлению линии, то полезная мощность в нагруз­ ке будет меньше, так как часть энергии возвращается с от­ раженной волной обратно в генератор. Количество отражен­ ной энергии зависит от соотношения амплитуд тока (напря­ жения) падающей и отраженной волн. Для установления соотношения между ними вводят коэффициент отражения

показывающий, во сколько раз ток (напряжение) отражен­ ной волны меньше тока (напряжения) падающей волны:

Если сопротивление нагрузки активное и RH< p , то

Кбв - 1

Р -

Кбв + 1

Если сопротивление нагрузки комплексное, падающая и от­ раженная волны напряжения (тока) на нагрузке могут иметь любой сдвиг фаз в пределах 360°. Поэтому распреде­ ление амплитуд напряжения и тока зависит от величины и знака реактивной составляющей и величины активной сос­ тавляющей сопротивления нагрузки.

3. Применение отрезков длинных линий

Отрезки линий широко применяют в качестве:

—трансформаторов сопротивлений;

—металлических изоляторов;

—колебательных систем.

82

Рис. 2. 18. .Трансформирующие свойства четвертьволновой на­ груженной линии: а — при RH<p; б — при RH>p.

Трансформация сопротивления с помощью линии осно­ вана на некоторых свойствах четвертьволновой нагруженной линии.

На рис. 2. 18 изображено распределение амплитуд на от­ резке, равном четверти волны. Это распределение получает­

83

ци и .

Вкачестве трансформатора может быть использована

линия любой длины. Чаще всего применяются четвертьвол­ новые трансформаторы, имеющие наибольший коэффициент трансформации и трансформирующие сопротивления без из­

применяют металлические изоляторы в виде отрезков корот­

1 2 2 2

Рис. 2. -19. Линия с четвертьволновым металлическим изолято­ ром.

Входное сопротивление этих отрезков очень велико (в идеальном случае равно бесконечности), поэтому потери в них могут оказаться меньше, чем в изоляторах из диэлект­ рика. На более длинных волнах металлические изоляторы неудобны, так как размеры их становятся очень большими.. Такие изоляторы пригодны только для узкой полосы частот.

Отом, что отрезки линии длиной в четверть длины волны

иполволны ведут себя как колебательные системы, доказа­ но в данной главе. Практическое применение их рассмотре­ но в главе «Передающие устройства».

§ 2. 3. Согласование линий

Под согласованием линий понимают трансформацию комплексного сопротивления нагрузки в активное, равное волновому сопротивлению линии.

84

\

Согласование необходимо для получения бегущих волн в линии. Передача электромагнитной энергии высокой час­ тоты от генератора к нагрузке с помощью чисто бегущих волн имеет следующие достоинства:

1.К. п .д . в режиме бегущих волн выше, чем в режиме смешанных волн в связи с тем, что полезная мощность в на­ грузке равна разности мощностей отраженной и падающей волн. Потери в линии тем больше, чем меньше коэффициент бегущей волны.

2.По линии в режиме бегущих волн можно передавать большую мощность, так как уменьшается опасность ее пробоя.

3.В режиме смешанных волн входное сопротивление в

линии — комплексное и изменяется в больших пределах при небольших изменениях частоты генератора. В этом случае и мощность в нагрузке также резко изменяется.

изменениям частоты и не чувствительны к изменениям дли­ ны линии.

Для согласования применяют специальные согласующие

Рис. 2. 20. Схема согласования фидера с нагрузкой и генера­ тором.

Согласующее устройство должно создавать отраженную волну, равную по амплитуде и противоположную по фазе волне, отраженной от нагрузки ,на входе устройства. В этом случае в направлении генератора от согласующего устройства возникает режим чисто бегущих волн.

85

Согласующее устройство включают возможно ближе к нагрузке, чтобы по всей длине линии была чисто бегущая волна.

Рассмотрим наиболее распространенные типы согласую­ щих устройств.

А. Четвертьволновый трансформатор

Четвертьволновый трансформатор представляет собой четвертьволновую линию, включенную между главной лини­

ей и нагрузкой и работающую в качестве трансформатора сопротивлений (рис. 2. 21).

и

Z H

Рис. 2. 21. Согласование линии при комплексной нагрузке.

Волновое сопротивление трансформатора рт определяют

Но так как он возникает только в коротком отрезке линии длиной ~ Ѵ 4 , то от этого к. п. д, всей линии почти не умень­

шается. Необходимая величина рт определяется по формуле

86

Поэтому ток и напряжение вдоль этой линии изменяются по

Следовательно, четвертьволновая линия преобразует на­ грузочное сопротивление 80 ом в 320 ом и создает в основ­

ной ЛИНИИ К б в » 1.

Необходимое для согласования волновое сопротивление трансформатора можно получить утолщением проводов ли­ нии на участке длиной в четверть волны. Такие трансфор­ маторы работают устойчиво при Ксв<2. Если же линия сильно рассогласована, то есть КСв>2, применяют многосту­ пенчатые трансформаторы (рис. 2.22 а).

Более лучшими являются трансформаторы с плавным пе­

87

Рис. 2. 22. Согласование с помощью многоступенчатых транс­ форматоров и неоднородных линий.

пригоден для согласования лишь активной нагрузки, поэто­ му при комплексной нагрузке его включают так в линию, чтобы в точках cd сопротивление линии стало чисто активным при минимальном напряжении.

Б. Согласование одиночным шлейфом

Если -нагрузочное сопротивление имеет реактивную со­ ставляющую, то для согласования применяют реактивные шлейфы.

шанных волн, характеризующийся наличием падающей и отраженной волн. Если в линии создать вторую отраженную волну, равную по амплитуде, но противоположную по фазе первой, то обе отраженные волны взаимно уничтожатся и в линии возникнет режим чисто бегущих волн.

Вторую отраженную волну можно получить, если в не­ которых точках линии а и б (рис. 2.23) включить реактив­ ное сопротивление (индуктивное или емкост-ное). Необходи­ мую амплитуду и фазу этой волны устанавливают подбором точек а и б, то есть изменением расстояния / и регулировкой величины реактивного сопротивления. Обычно на С В Ч вмес­

Для сокращения размеров шлейфа его длину обычно берут

88

І и

2 н

меньше Я/4, то есть используют шлейф в качестве индуктивно­ го сопротивления. В самом шлейфе при этом создается режим

грамме Вольперта, однако точное согласование всегда уста­ навливается опытным путем.

Применять один шлейф для коаксиальной линии мало-

89