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

книги из ГПНТБ / Семенов Н.А. Техническая электродинамика учеб. пособие для электротехн. ин-тов связи

.pdf
Скачиваний:
302
Добавлен:
27.10.2023
Размер:
23.29 Mб
Скачать

М о д и ф и ц и р о в а н н ы й т р а н с ф о р м а т о р (рис. 14.106) преобразует комплексное сопротивление нагрузки в активное со­ противление, равное Z0 . Он представляет собой отрезок линии дли­

ной

с характеристическим

сопротивлением

Z T и поэтому

широкополоснее, чем ранее описанный (при чисто

активной наг­

рузке

/і = 0, /=Ло/4 и оба варианта

совпадают). Параметры транс­

форматора определяются по круговой диаграмме методом после­ довательных приближений.

П р и м е р . Чтобы сопоставить результаты, заимствуем .исходные данные из предыдущего примера: Z H =20+i 30 Ом; Z0 =76 Ом. Проводим расчет методом итераций по следующей схеме:

.

k

zp = zJF%T»

74*> = zH/z<*>

7<*>

 

 

1

75 0м

0,267+І0,40

4,3

 

 

2

17,4

1.15+І1.72

4,4

 

 

3

17,0

Ом

1,18 + П,76

4,4

 

Примечание.

В качестве

нулевого

приближения выбрано x^J =.1;

опре­

деляется по круговой диаграмме как ближайшая (по направлению к генератору) точка с чисто активным сопротивлением, равноудаленная от центра с

Определяем теперь /=0,064 Ло, что ш семь раз меньше, чем .в предыдущем случае. -Нри этом относительная полоса согласования Л//о=05% 'при |Г]^0,і1, что в четыре раза превосходит результат, полученный с четвертьволновым транс­ форматором. Таким образом, преимущества модифицироваиного трансформатора "перед четвертьволновым при нагрузке со значительной .реактивностью очевидны.

Т р а н с ф о р м а т о р

с п у л ь с и р у ю щ и м

(по д л и н е )

с о п р о т и в л е н и е м .

В четвертьволновом трансформаторе

харак­

теристическое сопротивление Z T трансформирующей

секции

явля­

ется промежуточным по величине между согласуемыми сопротив­

лениями ЯА

И Z0 . Характеристическое

сопротивление

изменяется

по длине линии (от RA к ZA

и Z 0 ) монотонно; один

скачок

сопро­

тивления (от RA К Z 0 ) заменяется

двумя меньшими

и, кроме того,

отражения от них складываются

на расчетной частоте

в

противо-

фазе.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В трансформаторе рис. 14.10е, согласующем активные сопро­

тивления Z 0

и Z], исходная

величина

скачков сопротивления

не

уменьшена.

Согласование

осуществляется

путем

интерференции

волн, отраженных от трех

плоскостей. Согласующие

секции

имеют

те же

характеристические

сопротивления,

что и согласуемые

ли­

нии; поэтому при согласовании, например,

коаксиальных

кабелей

с сопротивлениями Z 0 = 50

Ом и Zi = 75

Ом используются

 

отрезки

этих же кабелей, а не изготавливается

специальная

секция

с Z T =

=61,3

Ом,

необходимая

по

ф-ле (14.34)

для четвертьволнового

трансформатора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Анализ показывает [22], что длина каждой секции

трансформа­

тора с пульсирующим сопротивлением должна быть

l\IA.\

= hlA.2 =

— (l/2rc)arcctgУ (Zi/Zo) + 1 + (Zo/Zi),

что

всегда

 

меньше

1/12

(h=h,

если

фазовые скорости

и Л в этих отрезках

равны). Таким

образом, общая длина трансформатора не превышает одной шес­

той длины волны в линии. Например,

при Z i / Z 2 = 2 /і + /2 = 0,157Л;

полоса'

частот, в

которой

осуществляется

согласование

(при

/Сбв^0,9;

Г ^ 0 , 0 5 ) ,

составляет

в этом

случае

Я / / о = 1 3 % . У

чет­

вертьволнового трансформатора в этих же условиях полоса час-

стот в 1,5 раза

шире: Я/'/о =

20%.

 

 

14.5.

Широкополосные ступенчатые переходы

 

ОБЩИЕ СООТНОШЕНИЯ

 

 

П о с т а н о в к а

з а д а ч и .

Рассмотрим переход для

согласования

активных сопротивлений, состоящий из я четвертьволновых

сек­

ций, характеристическое сопротивление которых Zm

меняется

по

длине перехода

(рис. 14.11). Широкополосность согласования

обу-

Рис. 14.11

 

 

словлена в этом случае двумя причинами: уменьшением

с рос­

том п коэффициента отражения Гт

от каждой ступеньки

(скачка

характеристического сопротивления)

и распределением величин Гт

по длине перехода, обеспечивающим их взаимную компенсацию в

заданной полосе

частот.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пусть задана рабочая полоса перехода

от нижней

частоты / н ,

до верхней / в ,

допустимый

коэффициент отражения от перехода в

этой полосе '|Г| Д оп

(индекс

«п»

опускаем),

номинальное

сопротив­

ление на его входе Rn=Z0

 

и сопротивление

нагрузки

RK=Zn+i

на

его конце.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ф а з о в ы е с о о т н о ш е н и я

в дисперсных

системах

удобнее

выражать непосредственно

через коэффициенты

фазы

p = 2rtf/u =

= 2я/Л = 2я/ КК/Уец

(последнее

равенство

справедливо

для

поло­

го волновода). Поэтому определим

р н = 2 я / н / % ,

Рв = 2 я / В / У в ,

сред­

ний коэффициент

фазы

ро,

относительную

расстройку

v

и

относи­

тельную рабочую

полосу

v n :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р о =

А±Ре_.

V =

2 ( P ^ M ;

v

 

fczJs..

 

 

( 1 4 . з 5 )

При отсутствии

дисперсии

соотношения (14.35) переходят в более

привычные: i/o= ('/н+/в)/2;

v=2(/ — / 0 )//о;

v n

= (/в—h)lh =nih-

Длину секции I выбираем равной

четверти длины волны Л 0 =

= 2я/'Во, т. е. / = Ло/4л=і(2ір0 ) *)• На произвольной частоте

фазовый

сдвиг, соответствующий

длине одной

секции,

 

 

 

•-"-т-£—г(, + -т)-

<'**>

П р и б л и ж е н н ы й

м е т о д

а н а л и з а

основан на

предпо­

ложении о

малости отражений

от

каждой

ступеньки перехода.

Считается,

что отраженная волна проходит

через другие

ступени

без вторичных отражений; это позволяет легко суммировать отра­ жение от всех ступеней. Несмотря на явную неточность такого до­ пущения, приближенный метод дает верные результаты в весьма широких пределах. Критерием его справедливости является выпол­

нение неравенства M.ax(RK/Rn; RH/RK) ^

(2/v/ 7 )"/ 2

{по другой

оцен­

ке правая часть этого неравенства имеет вид: <(2/vn)n].

По

этому

условию

при v / 7 =0, 5

и я = 4

вполне допустим перепад

сопротивле­

ний RK/Rn=\6.

Переходы с высоким RK/Ra при сравнительно не­

большом п рассчитываются точными методами [22], [35], требую­

щими весьма

громоздких вычислений.

 

т-й с т у п е н ь к и

 

 

К о э ф ф и ц и е н т

о т р а ж е н и я

от

опре­

деляется

по

приближенной

формуле

In z = 2 ( г — 1 ) / ( 2 + 1 ) ,

спра­

ведливой

для

| г | ,

близких к единице [б]. Тогда по

ф-ле

(8.54)

 

г

( W 2 " ) - 1

^ _ L l

n , ^ ± L

. Zm+l^zJrm

 

.

(14.37)

 

(Zm+i/Zm)+l

 

 

 

2

Zm

 

 

 

 

 

 

Использование

для

Гт

приближенной

логарифмической

фор­

мулы повышает точность данного метода, так как происходит ча­

стичная компенсация

погрешностей.

 

 

 

 

 

Л о г а р и ф м и ч е с к и й

п е р е п а д

с о п р о т и в л е н и й

оп­

ределим через отношение

сопротивлений

на

концах перехода:

 

 

 

т = 0

 

т = 0

 

 

он равен сумме коэффициентов отражения

от всех его

ступенек

при синфазном сложении.

 

 

 

 

 

 

К о э ф ф и ц и е н т

о т р а ж е н и я

от п е р е х о д а

на произ­

вольной частоте Г (у)

определяется

как

сумма коэффициентов

от­

ражения от отдельных ступенек. Перед сложением отнесем фазы

всех коэффициентов отражения к

сечению

2 = 0 в

середине

пере­

хода. Расстояние т-й ступеньки от

этого

сечения

по

zm=(m—я/2)/.

Поэтому

при переносе плоскости

отсчета

к 2 = 0

ф-ле (14.22)

получаем

Г m = Г m e - i 2 p Z m = Г m e i ( n - 2 ' n )

, l , ,

где

яр определяется

ф-лой

(14.36).

 

 

 

 

 

 

 

 

') При практической реализации ступенчатых переходов длину секций не­

сколько изменяют по сравнению с /=Ло/4,

чтобы

скомпенсировать

эквивалентную

реактивность, возникающую на их концах

при

скачкообразном изменении

попе­

речных размеров линии или волновода.

 

 

 

 

 

 

 

370

 

 

 

 

 

 

 

 

Считаем распределение коэффициентов отражения симметрич­ ным относительно середины перехода Г0п; Г 1 = Г „ _ 1 ; . . . Г т =

Тогда коэффициент отражения от перехода

* » = £ г ; = £

r m e i ( - 2 m ) * =

 

( n - D / 2

m=0

m=o

 

 

 

 

 

 

 

.= Y

/ ' т [ е і , " - 2 г а ' * + е - і , л - й 1 * ] + / ,

г а « „ / 2 , „ 1 =

 

m=0

(л-1)/2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

£ 2 Г т с о 5 ( п - 2 т ) г р + Г т б п / 2 т >

(14.39)

 

m=0

 

 

 

 

где '6n/2i m — символ Кронекера [ф-лы (14.9)].

учитывается

только

Последнее слагаемое в

этом

выражении

для переходов с четным числом секций, когда в его середине ока­

зывается т = п/2 ступенька, не имеющая пары.

 

 

При в==2р0 длина секций перехода становится

равной

полови­

не длины волны, на очень низких частотах /->0

и р->0,

/ < Л .

В обоих случаях коэффициенты отражения от всех ступенек скла­

дываются в фазе. Действительно,

при

этом v = ± 2 ;

tp = it

или

0;

Г ( - 2 ) =

£ Гт=М;Г(2)=У

Г т е і п п

е~ '2

* т = ( _ 1 ) " £

Гт=(-1)п

М.

т=0

 

т = 0

 

 

т = 0

 

 

 

Переход

не улучшает согласование на соответствующих

частотах,

а также

при р = 4ро, бРо и т. д.

 

 

 

 

 

 

 

Теперь воспользуемся разложением cosni[) в ряд

по

степеням

cos яр; [см. 11, ф-ла

(1.331.3)]:

 

 

 

 

 

 

 

 

cos п гр = 2"~' cos" гр -у- 2"~3 cos"- 2 гр +

 

 

 

 

+ - ^ - С І _ з 2 " - 5 с о 5 п - 4 і р —

-jC2n^2n-7cosn-6^+...

 

 

(14.40)

Тогда коэффициент отражения от перехода T(v)

[ф-ла

(14.39)]

можно представить

полиномом

n-й степени относительно:

 

 

 

cosip = c o s ^ -

+ - j - v j

— — s ' n (~4~ v ) 5 : 5 y(v )'

 

(14.41)

.где y{v)

— новая переменная, зависящая от частоты.

 

 

 

 

Этот полином содержит члены только той же четности, что и

число секций перехода п. Такое суммирование обозначим

 

значком

С):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/»=2]ЧУ*=5]'G*sin*(Tv) •

 

 

(i4-42>

Коэффициенты полинома Gk определяются по ф-лам (14.39) и

(14.40)

через Гт.

Число

указанных коэффициентов

совпадает

с

371

числом независимо выбираемых Г т при их симметричном распре­ делении. Можно показать, что это обеспечивает свободу в выборе соотношений между всеми Gu\ их абсолютные величины должны быть таковы, чтобы удовлетворялось условие l-T(v) ] ^ \ Г \ д о п при

| v | ^ v n .

Рассмотрим два типа переходов с оптимальными

частот­

ными характеристиками.

 

 

 

ПЕРЕХОД С МАКСИМАЛЬНО ПЛОСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ

Ч а с т о т н а я х а р а к т е р и с т и к а

к о э ф ф и ц и е н т а

о т р а ­

ж е н и я .

Положим в ф-ле (14.42) <GN^0,

а все остальные

коэффи­

циенты Gh=Q{k<n); тогда Г(v) =>Gnyn = G^sin1 ^-^- vj . При v = 2

коэффициент отражения Г(2) = ( — \ ) п М .

Так

как в этом

у=1, то Г(2)—Оп.

Следовательно,

G n = ( — \ ) п М . Тогда

Г(\)

= М {—у)п = М

—sin

л

\1л

 

 

 

4

I.

случае

(14.43)

На краях

 

рабочей

полосы

частот

 

v = ± v / 7

и

у=±уп

=

± s m ( —4v n ]

і

. Необходимое число секций перехода п

определим

из неравенства

\^Уп\

^ 1 ^ 1 доп-

Величину упп

можно

считать

ко-

эффициентом уменьшения отражения от нагрузки.

 

 

 

 

Выражение

(14.43) описывает

максимально

плоскую

амплитуд­

но-частотную

характеристику коэффициента

отражения

от

перехо­

 

 

 

 

да: на средней частоте |/о=:РоХ

 

 

 

 

X и / ( 2 я )

при

у = 0 не

только

 

 

 

 

Г(\>),

но и

(п—1)

его

произ­

 

 

 

 

водных по частоте равны нулю.

 

 

 

 

На рис. 14.12 показано семей­

 

 

 

 

ство таких

характеристик

при

 

 

 

 

разном

числе

секций п

ка­

 

 

 

 

честве

 

примера,

 

л'иния

 

 

 

 

|Г/М|Д оп проведена на уровне

 

 

 

 

0,1).

Здесь

же

для

сравнения

 

 

 

 

приведена

характеристика чет­

 

 

 

 

вертьволнового

трансформато­

 

 

 

 

ра ( л = 1 ) . Во

всех

случаях

по

 

 

 

 

мере удаления от /0

согласова­

 

 

 

 

ние между переходом и линией

ухудшается. С ростом п ширина частотной полосы перехода увели­ чивается. Рассмотренный тип перехода вносит незначительные фа­ зовые искажения.

Переход с максимально плоской характеристикой применяется в тех случаях* когда в середине рабочей полосы частот требуется особенно хорошее согласование или малые фазовые искажения передаваемого сигнала.

В ы б о р з н а ч е н и й

Гт.

Равенство нулю всех членов поли­

нома

(14.42), кроме

 

старшего, требует,

чтобы

коэффициенты

отра­

жения

от ступенек

 

перехода

были

пропорциональны

 

биномиаль­

ным коэффициентам

 

С™ (поэтому

переход

называют

также

бино­

миальным) :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Гт

= Г0Сп

= Г0

 

—~——;

Гп

=

Г0 ,

так

как

С"

=

С°

=

1.

 

 

 

 

т\ (п

т)\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(14.44)

Известно, что коэффициенты бинома Ньютона можно опреде­

лить из треугольника

 

Паскаля

[5]:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

я

 

 

 

(Коэффициенты бинома С™

 

 

 

 

 

 

0 '

 

 

 

 

 

і

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

її

1

.1

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

2

1

Л

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

1

3

3

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

ІІ 4

,6

4

її

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

,1

Б

10

10

б

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

п

 

 

 

 

 

 

Сумма биномиальных

коэффициентов ^

С™ =2" . Сопоставим

ф-лу (14.44) с (14.38)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

М =

Ип

Г Т = г °11п с = г , , 2 '! ; го== "^-

 

 

(14-45)

 

 

т = 0

 

т = 0

 

Г0,

 

 

 

 

 

 

 

Отсюда определяется

коэффициент

а затем

по ф-ле (14.44)

— все остальные коэффициенты Гт. С помощью ф-лы

(14.37)

по­

следовательно

вычисляются

характеристические

сопротивления

всех секций: Zx

через Z 0

и Г0,

затем

Z 2

через Z] и Л т. д.

 

 

 

П Е Р Е Х О Д С Ч Е Б Ы Ш Е В С К О Й Х А Р А К Т Е Р И С Т И К О Й

 

 

 

Ч а с т о т н а я х а р а к т е р и с т и к а .

Длину

перехода

можно

со­

кратить по сравнению с биномиальным, если синтезировать в пре­

делах рабочей полосы

частот

равнопульсирующую

характеристи­

ку

Г (у)

(рис. 14.13), которая

описывается

полиномом

(функцией)

Чебышева:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г(ч)

= ГмТя(х),

 

 

 

 

 

(14.46)

где

|Гдг|

|Г|доп

максимальный по

модулю коэффициент

от­

ражения в рабочей полосе частот; Тп(х)

— функция Чебышева

пер­

вого рода

п-го порядка [3]:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т

до

(cos (л

arccosx)

при

| х | < 1 ,

 

(14 47)

 

 

 

"

 

1 ch (п

Arch х)

при

\х\ ^ 1.

 

 

 

Эта

функция в

интервале

— 1 = ^ x ^ 1

не

превышает

значений

± 1 ;

вне этого интервала она

неограниченно

растет

по

модулю,

причем тем быстрее, чем больше п (рис. 14.14). Для каждого зна­ чения п существует представление Тп(х) в виде полинома п-й сте­ пени, справедливое при любом значении х:

T0(x)

= l;

7 i (*) =

*; Tt(x)

= 2 x 2 - l ;

Т3(х)

= 3

Зх;

Г4 (х) = 8х4

—8%2

+ 1;

Г5 (х) = 16JC5

20х* + 5;

Те{х)

= 32*" 48х4

+ 18х2 — 1. (14.48)

I X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 14.14

 

 

В

рабочей полосе частот

п(х)\^\,

 

если на ее краях

х~±\.

Сопоставляя ф-лы (14.42)

и

(14.46) — (14.48), заключаем,

что для

этого следует положить

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

х = У/Уп\

t/ =

s i n ^ v j ;

y„ =

s i n ^ v „ j .

(14.49)

При v = 2 у— 1 и аргумент х=\/уп

достигает

своего максималь­

ного значения. Тогда Г(2) =ГмТп(1п)

 

= (\)П М.

 

 

Отсюда

максимальный

коэффициент

отражения

в рабочей по­

лосе

перехода:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г _

**(-*)"

 

M{-\)n

 

 

n

>

Arch 1 М/Гдоп |

(14.50)

 

Тл (1/"я)

 

сЬ[пАгс1і(1/(/я )] *

 

^

Arch(l/j/n )

м

 

 

 

Условие

М\

^

|^|доп

позволило

определить

также число сек­

ций п, обеспечивающее заданное

согласование.

 

 

 

Чебышевская

характеристика

Г(\)

в

рабочей

полосе

частот

в среднем

ближе

к допустимому

пределу |Г|Д оп,

чем максимально

плоская.

Более

полное использование

допуска

на

согласование

приводит к меньшему числу секций п и меньшей длине перехода.

Фазовые искажения, вносимые чебышевским

переходом, растут

с увеличением пульсаций. При пульсации | Г м

| ^ 0 , 1 дБ фазовые

искажения чебышевского перехода соответствуют либо даже мень­ ше, чем у перехода с максимально плоской характеристикой.

Заметим, что при расчете переходов с равнопульсирующей ха­ рактеристикой часто целесообразно разрешать на краях рабочей,

полосы большие

значения |Г(л>)|, чем величина

пульсаций

| Г | Д О П г

что при той ж е длине

перехода

позволяет

несколько

расширить

полосу частот.

 

 

Гт.

 

 

 

 

 

 

 

В ы б о р з н а ч е н и й

Сопоставляя

ф-лы (14.39)

и

(14.48),

с учетом

(14.40), (14.46), (14.50) можно один за другим опреде­

лить коэффициенты

отражения от ступеней. По аналогии с (14.44)

и (14.45)

запишем

результат

в виде

 

 

 

 

 

 

 

Гт0[С]™;

Г0

=

^

 

,

 

(14.51)

 

 

 

 

 

 

 

П

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т=-0

 

 

 

 

где коэффициенты

[С]™ определяются

из модифицированного

тре­

угольника

Паскаля:

биномиальные коэффициенты [С]™

 

Модифицированные

 

0

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

1

1

 

 

 

 

 

2

 

 

 

1

2<7i

1

 

 

 

 

3

 

 

1

3<7i

3qx

1

 

 

 

4

 

1

4gi

6o2

4oi

1

 

 

 

5

1

5fli

10</2

10^2

5<7i

1

 

 

Коэффициенты qm зависят от относительной полосы частот и определяются соотношениями

ir\

и ml (п 1 k)\ (п — m)\у2п

/

я

\

</« = 1 + У . ( - 1 ) \ и

*

" ...

\

2

(14.52)

^

k\ (in k)\ (п — 1)! (п m k)\

/

ft=i

 

 

 

 

 

 

Характеристические сопротивления секций перехода определя­ ются соотношением (14.37). Все qm уменьшаются с увеличением рабочей полосы частот, причем \>q\>qi>... Поэтому распределе­ ние Гт по длине перехода более равномерно, чем в предыдущем случае; следовательно, более эффективно используются крайние ступеньки. Сопоставим полосы пропускания переходов с чебышевской и максимально плоской характеристиками при десятикратном улучшении согласования (табл. 14.1).

Особенно резко полоса пропускания увеличивается в том слу­

чае, если четвертьволновый трансформатор (п=1)

заменяется

двухсекционным переходом. При гс = 2-М0 и данном

поп/М\

ра­

бочая полоса чебышевского перехода примерно в 1,4ч-1,5 раза ши­

ре, чем

биномиального.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Наилучшим

ступенчатым

переходом

является

 

чебышевский,

который

обеспечивает заданный коэффициент

 

отражения

при

 

ми­

нимальном

числе

секций.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

 

14.1

Относительная полоса

пропускания

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

•Ш-100% = ( Я / / 0 )

100% при |ЛД оп=0,1 \М\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Число секций

 

1

2

3

4

 

5

 

б

10

СО

Относитель­

с максимально-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ная полоса

плоской

харак­

12,7

40,8

61,3

76,0

87,0

 

95,4

117

 

200

пропускания

теристикой

 

 

перехода

 

с чебышевской

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

характеристикой

12,7

56,1

90,0

112,6

128,0

 

139

162

 

200

 

14.6.

Плавные переходы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

П о л у б е с к о н е ч н а я

п о л о с а

с о г л а с о в а н и я .

Ступенча­

тый переход рассчитывается на полосу частот

от / н до

fB

со

сред­

ней частотой fo. На частотах

«2fa, 4/о, 6/0 ,

когда

длина

каждой

секции

кратна

полуволне, переход не улучшает согласование. В то

 

 

 

 

 

 

 

 

же

время

при

/ « З / о ,

 

 

 

 

 

 

 

 

5 f0,...,

 

когда длина секции

 

 

 

 

 

 

 

 

равна

(3/4)Л;

(6/4)Л до­

 

 

 

 

 

 

 

 

стигается

такое же согла­

 

 

 

 

 

 

 

 

сование,

как на

основной

 

 

 

 

 

 

 

 

частоте

(/о. Частотная

ха­

 

 

 

 

 

 

 

 

рактеристика

 

перехода

 

 

 

 

 

 

 

 

представляет собой перио­

 

 

 

 

 

 

 

 

дическую

функцию

с

че­

 

 

 

 

 

 

 

 

редующимися

 

полосами

Рис. 14.15

 

 

 

 

 

 

согласования и отражения

 

 

 

 

 

 

(рис.

14.15).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Преобразование ступенчатого перехода в. плавный можно пред­ ставить как увеличение числа секций при укорочении длины каж­ дой из них. В пределе 1->0; Л0 -»-0; р 0 и fo-^-oo. Поэтому полоса согласования плавного перехода не имеет верхней границы. В диа­ пазоне частот от / н и до / - > о о его коэффициент отражения не пре-

вышает определенной величины. Это не является преимуществом плавного перехода, так как любое 'техническое устройство исполь­ зуется в ограниченной полосе частот. Полубесконечная полоса со­ гласования плавного перехода требует его удлинения по сравне­ нию со ступенчатым. Однако разница в длине плавного и ступен­ чатого переходов при FIJIо>1 не очень велика, а изготовление плавного перехода во многих случаях проще, чем ступенчатого. Поэтому на практике используются те и другие переходы.

Ф у н к ц и я м е с т н ы х о т р а ж е н и й Г(г). Характеристи­ ческое сопротивление меняется в каждом сечении плавного пере­ хода, поэтому отраженная волна создается непрерывно по длине

перехода. Вместо

 

коэффициента отражения

от

 

ступеньки

[ф-ла

(14.37)] вводится непрерывная функция Г(г),

 

как

предел

отно­

шения rml'Az

при длине секции Az-+Q:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г і \

 

і •

Гт

 

,.

1

1

,

ZC (z + Д г)

 

 

 

 

Г (г) =

lim

 

 

- hm

 

In ———•

-

=

 

 

 

 

 

 

дг-»о

А г

 

д2-*о 2

Д г

 

 

ZC

 

(г)

 

 

 

= - i -

l i m

Т -

1 1 п

2С (г +

Д г) -

In Zc

(г)] = ±-L]nZc

 

 

(г).

 

(14.53)

2

Дг-»о

Д г

 

 

 

 

 

 

 

Г(г)

2

dz

 

 

 

 

 

Отсюда по известному

значению

легко

найти закон

изме­

нения характеристического

сопротивления

линии

 

по длине

z:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

In Zc

(z) — In Zc

(0) =

2 JT

(z) dz.

 

 

 

 

(14.54)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

К о э ф ф и ц и е н т

о т р а ж е н и я

о т

п е р е х о д а

длиной

L ( — L / 2 ^ z ^ . L / 2 )

 

определим,

заменив

сумму

в

 

ф-ле

(14.39)

инте­

гралам, a (п—2m)ip =

2pz:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L/2

 

 

 

 

L/2

 

 

 

 

 

 

 

 

Г ф )

=

|

r (z)e~ i 2 f 5 2 <fe =

2 j

r(z)cos2$zdz,

 

 

(14.55)

 

 

 

—L/2

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

где р = 2я//у = 2яЛ

— коэффициент ф а з ы 1 ) .

 

 

 

 

 

 

Коэффициент

 

отражения

от перехода

Г($)

является

преобра­

зованием

Фурье

от функции

местных

отражений

 

Г(г).

 

 

Анализ показывает, что плавный переход конечной длины не может иметь функцию Г(р), монотонно уменьшающуюся с часто­ той. Поэтому среди плавных переходов не существует аналога ступенчатому переходу с максимально плоской частотной харак­

теристикой коэффициента

отражения.

 

При р->-0 (т. е. /->-0),

согласно ф-лам (14.54) и

(14.55), коэф­

фициент отражения от перехода

 

 

L/2

 

 

 

Г (р)| р = 0 = j Г (z) dz = ±-

[In Zc (L/2) - In Zc (-

L/2)) =

- L / 2

±]ПЖ=М,

(14.56)

=

 

2

Rn

 

') Второе интегральное выражение в ((14.S5) "справедливо лишь при сим­

метричной кривой Г(г)<=Г.(—г).

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ