Трансформатори повного опору на нвч

Необхідність узгодження виникає у випадках, коли з лінією передачі поєднується навантаження з явно іншим опором або при спряженні ліній з різними хвильовими опорами.

Для отримання узгодження між двома лініями або лінією і навантаженням потрібно включити узгоджувальний чотириполюсник. Призначенням цього чотириполюсника є усунення відбитої хвилі, тобто перетворення нормованого опору навантаження в нормований опір. .

Така трансформація може бути виконана двома принципово різними способами. Згідно з одним із них використовується чотириполюсник з поглинанням. Генератор і навантаження розв'язані, бо КСХ у лінії майже не залежить від КСХ навантаження. Такий чотириполюсник має назву розв’язуючого атенюатора. Але коефіцієнт корисної дії дуже малий. Інший шлях пов’язаний з використанням реактивного чотириполюсника. З фізичної точки зору корисного ефекту досягають за рахунок використання явища інтерференції, коли сукупність відбитих хвиль компенсує одна одну. Саме такий чотириполюсник має назву трансформатора опору.

Таким чином, під НВЧ трансформатором розуміють відрізок лінії передачі із системою неоднорідностей. Відокремлюють чотири види трансформаторів: чвертьхвильовий, пластинчастий діелектричний, типу рухомої реактивної провідності, із двома або трьома нерухомими реактивностями. Поодинока реактивна неоднорідність має бути рухомою, що є не технологічним.

Типова конструкція пластинчастого діелектричного трансформатора подана на рис. 4.1. У ньому використовують дві діелектричні пластини, які можуть рухатись як одна відповідно до іншої, так і сумісно при незмінній відстані між ними. При цьому взаємне переміщення пластин однієї відносно іншої дозволяє змінити саме значення комплексного коефіцієнта відбиття. Сумісне переміщення пластин еквівалентне ефекту рухомості поодинокої неоднорідності, тобто загальної фази коефіцієнта відбиття від неоднорідності. Можна показати, що максимальне значення КСХН, при якому можливе узгодження за допомогою такого трансформатора, дорівнює квадрату відносної діелектричної проникності речовини, з якої виготовлено пластини трансформатора. Наприклад, для кварцу значення КСХН складає 15.

Рис. 4.1. Пластинчастий діелектричний трансформатор

Для спрощення керування узгоджувальним пристроєм використовують систему з двох реактивних провідностей, розміщених уздовж осі хвилеводу на певній відстані . Еквівалентне електричне коло такого пристрою подане на рис. 4.2,а. Довільна точка p на круговій діаграмі повних опорів має свої координати дійсну і уявнускладові нормованої провідностів відповідному перерізі хвилеводу (рис. 4.2,б). Нехай нормована провідність у площині (тобто провідність навантаження, перерахована в площину, або провідність навантаження, підключеного безпосередньо в площині:.

Рис. 4.2. Еквівалентне електричне коло –а і діаграма повних опорів –б

пластинчастого діелектричного трансформатора

Еквівалентна реактивна провідність першої настроювальної реактивності додається до провідностіі переводить точку, яка також належить колуна діаграмі, у точку. Перехід від площини до площини супроводжується переміщенням відповідної точки за годинниковою стрілкою (рух у напрямку до генератора) по колу радіуса на кут(тобто рух від точки у точку на круговій діаграмі). Точка повинна при цьому належати колу. Таким чином у точціми будемо мати провідність. Еквівалентна провідність настроювальної неоднорідності повинна компенсувати реактивну складову, тобто дорівнювати. У результаті нормована провідність у площинідорівнює одиниці, що є ознакою узгодження. Необхідна умова узгодження – належність точки, яка відповідає площині, колу.

Із геометричних побудов випливає таке, якщо початкова точка знаходиться всередині заштрихованої області, то вказану умову виконати неможливо. Отже, при заданомуне кожне навантаження може бути в перерізіприведене в режим узгодження. Проведений розгляд показує, що трансформатор із двома реактивностями має певну „зону недосягнення” провідностей навантаження, яке відповідає заштрихованому кругу на діаграмі. Чим ближчі значеннядо, тим більші розміри цієї зони. Для кожного фіксованого значенняє граничне значення КСХН навантаження, коли є можливість узгодження для будь-якого значення фази коефіцієнта відбиття. При більших значеннях КСХН трансформатор з двома реактивними неоднорідностями забезпечує узгодження лише при певних значеннях фази, коли провідність навантаження в перерізі найближчої до неї неоднорідності не потрапляє в заштрихований круг. Наприклад, дляграничне значення КСХН складає 2. Зазвичай відстань між неоднорідностями обирається такою, що дорівнює непарному числу від.

Щоб уникнути цього недоліку використовують третій настроювальний елемент, який розташований між і навантаженням на відстанівіді дозволяє перевести приведене до площинизначенняв довколишню відносно заштрихованої область. Якщо в площині, де підключено найближчу до навантаження неоднорідність, провідність не потрапляє до „зони недосягнення”, то використовують дві ближчі неоднорідності, а дальню – не використовують. У протилежному випадку – перша реактивна неоднорідність використовується для виведення значення провідності з „зони недосягнення”, а дві подальші неоднорідності дозволяють розв’язати задачу традиційним способом.

Реактивності можуть мати вигляд реактивних паралельних шлейфів або реактивних штирів, які конструктивно мають вигляд гвинтів із можливістю зміни глибини занурення.

При доборі типу трансформатора потрібно враховувати можливість узгодження при великих значеннях КСХН, пробивну міцність трансформатора, можливість роздільного регулювання фази та модуля відбиття, що вноситься. Штиреві трансформатори використовуються звичайно тільки при невеликій потужності в тракті, щоб запобігти можливості електричного пробою. При великій потужності задовільно працюють трансформатори трьохшлейфового типу, а також трансформатори з діелектричними пластинами.