Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 [187] 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233

образования полных сопротивлений, возбуждения и фильтрации типов волн

20-4а. Элементы полных сопротивлений. Элементы сопротивлений могут быть подключены к коаксиальной линии последовательно или параллельно.

Последовательные элементы добавляются таким образом, что цепь прерывается по оси линии и они вставляются последовательно с внутренним или внешним проводником или с тем и другим вместе. Параллельные элементы подключаются таким образом, чтобы создать общее электрическое поле, которое существовало бы между данным элементом и линией. Поэтому параллельные элементы не требуют полного разрыва цепи, а образуют ответвления внутреннего и внешнего проводников в сторону. На рис. 20-22 показаны как последовательные, так и параллельные элементы, добавляемые к коаксиальной линии передачи.

Рис. 20-22. Коаксиальные последовательные и параллельные элементы.

Шлей ф ы. Вследствие своей универсальности закороченный шлейф является наиболее распространенным параллельным элементом. Параллельное сопротивление, которое добавляется к линии передачи, может быть индуктивным, емкостным, резонансным или проти-ворезонансным в зависимости от соотношения между длиной волны и длиной шлейфа. Кривые связи между длиной шлейфа и его реактивным сопротивлением приведены на рис. 20-5. Кривые на рис. 20-5 рассчитаны в предположении, что шлейф не имеет затухания. Если это предположение несправедливо, то минимальное и максимальное сопротивления,соответствующие условиям резонанса и противорезонанса, определяются по формулам

2МИИ = Z0 Ctg ах Z0ax [ом]; (20-101)

•макс -- Zo tg ах

(20-102)

где Z0 - волновое сопротивление, ом;

а - постоянная затухания в неперах на

единицу длины; х - длина шлейфа в единицах, соответствующих а. Согласование сопротивлений. Одним из наиболее важных назначений коаксиальных шлейфов является согласование сопротивлений. В более частных случаях шлейфы применяются для устранения эффектов рассогласования путем уменьшения отраженной волны, которая в противном случае будет иметь место.

Ранее было указано, что шлейф может иметь или индуктивное, или емкостное входное сопротивление в зависимости от его длины. Так

1 Дополнительные расчетные данные по этим и другим коаксиальным элементам схем см. ссылку выше и N. Marcuvitz, Waveguide handbook, 1951.

как проводимости двух элементов, соединенных параллельно, суммируются алгебраически при образовании результирующей проводимости, то отсюда вытекает, что параллельный с коаксиальной линией шлейф может быть применен для компенсации любой реактивной составляющей полного сопротивления линии, которая является результатом рассогласований, и т. п. Реактивная проводимость шлейфа должна быть равной по величине и противоположной по знаку реактивной проводимости линии в точке соединения. Единственным дополнительным требованием является необходимость найти такую точку присоединения, чтобы действительная часть полного сопротивления или проводимости по направлению к нагрузке была равна волновому сопротивлению или проводимости линии.

Пример 20-5 • -

Требуется устранить стоячую волну в линии передачи без потерь, которая имеет волновое сопротивление, равное 100 ом. Линия нагружена на чисто активное сопротивление величиной 50 ом.

Решение

1. Определим при помощи круговой диаграммы1, как показано на рис. 20-23, расстояние х от нагрузки, на котором действительная часть нормированной проводимости линии равна единице.

Волновое сопротивление линии

Z„ = 100 [ом],

поэто му

, = 0,01 U-1 L ом ]

Нормированное сопротивление на приемном конце равно:

Z, 50 + /0

Z0 100

= 0,5 +А

а нормированная проводимость на приемном конце равна

--=20-4-/0 Y0~Zr, -z>«-+-•/"•

Начальная точка на круговой диаграмме соответствует этому значению проводимости (точка / на рис. 20-23). Теперь будем вращать радиальный движок по направлению к генератору до тех пор, пока указатель не пересечет круг, соответствующий единице нормированной проводимости. На рис. 20-23 это точка 2. В этой точке длина линии равна 0,097л, а нормированная реактивная проводимость равна

2. Определим длину закороченного шлейфа, который имеет положительную (емкостную)

реактивную проводимость (1,0 - /0,7) •

Нормированное значение сопротивле-

1 В оригинале названа диаграммой Смнтта (Прим. перев.)



ния на приемном конце (т. е. на закороченном 0.097Х от нагрузки. Видно, что в этом случае

конце) шлейфа равно: . мог быть применен шлейф с разомкнутым кон-

Z„ 0-4- /0 - цом, который на -г- короче, чем шлейф с ко-

° ° роткозамкнутым концом. Так как координаты


Рис. 20-23. Пример расчета одношлейфового настроечного устройства.

а нормированная проводимость на приемном конце равна: Ки Z0

Начать в этом случае на диаграмме нужно с крайнего правого конца горизонтальной оси, который соответствует бесконечному значению нормированной проводимости. Затем необходимо вращать радиальный движок до тех пор, пока указатель не пересечет значение + j0,7 при движении вдоль внешней окружности в точке 0,374Х. Это точка 3 на рис. 20-23. Окончательное устройство поэтому имеет вид шлейфа длиной 0,374Х, расположенного на расстоянии

точки 2 равны (1 - /0,7), видно, что добавление реактивной проводимости величиной + /0,7 сместит точку отсчета из точки 2 в точку 4 с координатами 1 = /0, что соответствует полному согласованию.

Часто нежелательно, чтобы шлейф перемещался вдоль линии. Это ограничение может быть преодолено путем применения двух-шлейфовой секции, которая состоит из двух шлейфов с постоянным расстоянием между ними и постоянным положением их на линии. Работа двухшлейфового подстроечного устройства подобна работе одиночного шлейфа в том, что первый шлейф, ближайший к генератору, применяется для создания добавочной реактив



ной проводимости, равной по величине и противоположной по знаку реактивной проводимости линии в данной точке. Шлейф, ближайший к нагрузке, применяется для создания нормированной активной проводимости, равной единице, в точке расположения первого шлейфа. Расстояние между шлейфами обычно выбирается равным нечетному количеству */8 длины волны, например 3/8Х. На языке круговой диаграммы назначение шлейфа, ближайшего к нагрузке, состоит в добавлении реактивной проводимости к линии так, чтобы разместить полную проводимость линии в точке расположения первого шлейфа где-либо на окружности активной проводимости, равной по величине единице. Тогда задача сводится к такой же задаче для одиночного шлейфа. Можно показать, что два шлейфа с расстоянием между ними, равным нечетному количеству одной восьмой длины волны, могут согласовать нагрузки с волновой проводимостью Yo только в том случае, если активная проводимость нагрузки для второго шлейфа меньше, чем удвоенная величина К„.

Когда расстояние между шлейфами достигает ,

диапазон проводимостей, которые могут быть согласованы, увеличивается. Однако практические ограничения приводят к тому, что размещение шлейфов на расстояниях, равных нечетному количеству Ч, является хорошим компромиссом.

Необходимо заметить, что согласование с любой нагрузкой, кроме чистой реактивности, может быть обеспечено или путем размещения четвертьволнового отрезка линии между вторым шлейфом и нагрузкой, когда это необходимо, или добавлением третьего шлейфа 1. Когда применяется три шлейфа, они располагаются

на расстояниях, равных -j- один от другого.

Следующий пример иллюстрирует методику расчета двухшлейфового подстроечного устройства.

Пример 20-6

Определить параметры двухшлейфового подстроечного устройства, показанного на рис. 20-24, предназначенного устранить стоячие волны в линии передачи с Z0 = (100 + +/0) [ом], которая нагружена на сопротивление, равное (100 - /100) [ом]. Расстояние между шлейфами равно 3/8Х (135°). Один шлейф расположен на - от нагрузки линии. Затуханием можно пренебречь.

Решение

1. Для упрощения расчетов полное сопротивление приведем к нормированной величине. Волновая проводимость равна:

Ко = -=0,01 мо. Zo

Полная проводимость нагрузки равна:

к« = =Шкю = 0005 + 005

1 Такое согласующее устройство предложено В. В. Татариновым. (Прим. ред.)

а нормированная величина полной проводимости нагрузки соответственно равна:

Кг=£а=0,5 + у0,5.

Так как нагрузка расположена на - от первого шлейфа, то величина YГ, отнесенная к точке расположения первого шлейфа, также равна (0,5 + /0,5).

2. Для устранения стоячих волн необходимо, чтобы нормированная полная проводимость в месте соединения линии и шлейфа, в сторону от нагрузки, была равной (1 + /0). Это означает, что полная проводимость в этой точке должна соответствовать окружности единичной величины активной проводимости на круговой диаграмме (см. рис. 20-24). Полная проводимость в месте соединения шлейфа, ближайшего к нагрузке, должна быть подобрана поэтому так, чтобы она достигла окружности диаметра, равного единице, которая повернута на величину 3j8X к нагрузке от своего нормального положения единичной окружности активной проводимости (см. рис. 20-24).

Это может быть получено следующим образом:

а) разместить нормированное значение полной проводимости 0,5+ /0,5 на круговой диаграмме;

б) добавить требуемую величину нормированной реактивной проводимости, чтобы сместить точку 0,5 -4- /0,5 по окружности активной проводимости 0,5 до тех пор, пока эта точка не достигнет смещенной окружности единичной активной проводимости. Это требует добавления нормированной реактивной проводимости величиной - /0,63. Это как раз и есть требуемая величина нормированной реактивной проводимости первого шлейфа;

в) повернуть точку, полученную выше (0,5+ /0,13), на величину 3/8Х в сторону от нагрузки. Эту точку размещают так, чтобы она была на окружности единичного значения активной проводимости (1 - /0,72);

г) нормированное значение полной проводимости второго шлейфа должно быть поэтому + /0,72, чтобы перенести точку по окружности единичной активной проводимости в точку 1 + /0, что соответствует полному согласованию.

Длины шлейфов могут быть определены по формуле (20-53) или путем использования шкалы круговой диаграммы следующим образом:

1) коэффициент отражения для коротко-замкнутой нагрузки равен le-180 . Поэтому начнем с точки 5 на диаграмме, которая соответствует бесконечной проводимости;

2) повернуть радиальную шкалу «к генератору» до тех пор, пока она не достигнет значения требуемой нормированной реактивной проводимости линии на внешней границе диаграммы;

3) длина шлейфа в длинах волн может быть прямо прочитана по внешней шкале круговой диаграммы.

В данном примере длина шлейфа равна 0,17Х для реактивной проводимости -/0,63 (точка 6)



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 [187] 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233



0.0021