Автоматическое растормаживание колес: Тормозные устройства колес предназначены для уменьшения длины пробега и улучшения маневрирования ВС при...
История развития пистолетов-пулеметов: Предпосылкой для возникновения пистолетов-пулеметов послужила давняя тенденция тяготения винтовок...
Топ:
Генеалогическое древо Султанов Османской империи: Османские правители, вначале, будучи еще бейлербеями Анатолии, женились на дочерях византийских императоров...
Эволюция кровеносной системы позвоночных животных: Биологическая эволюция – необратимый процесс исторического развития живой природы...
Марксистская теория происхождения государства: По мнению Маркса и Энгельса, в основе развития общества, происходящих в нем изменений лежит...
Интересное:
Принципы управления денежными потоками: одним из методов контроля за состоянием денежной наличности является...
Национальное богатство страны и его составляющие: для оценки элементов национального богатства используются...
Как мы говорим и как мы слушаем: общение можно сравнить с огромным зонтиком, под которым скрыто все...
Дисциплины:
2017-12-21 | 242 |
5.00
из
|
Заказать работу |
Пассивный двухполюсник в конце отрезка линии, значения параметров Z н и Y н которого совпадают со значениями характеристических параметров линии и , называют согласованной нагрузкой отрезка. Напомним, что при согласованной нагрузке , то есть обратных (отражённых) волн напряжения и тока нет и вся мощность, доставленная ими к концу отрезка линии, поглощается нагрузкой. На практике редко удаётся обеспечить режим согласованной нагрузки без применения специальных устройств.
В диапазонах УВЧ и СВЧ (0,01 м < l0 < 1 м) используют распределённые компоненты согласующих устройств, в качестве которых берут отрезки радиотехнических кабелей и полосковых линий с допустимо малыми собственными потерями.
Рис. 26 |
Познакомимся с методикой определения значений параметров компонентов некоторых устройств согласования.
Одно из возможных устройств образовано отрезком линии без потерь, длина которого равна четверти длины волн l/4 или их нечётному числу, с характеристическим сопротивлением , включённым в рассечку отрезка линии передачи на расстоянии l 1 от его конца (Рис. 26). Этот отрезок линии называют четвертьволновым трансформатором. При расчете такого согласующего устройства определению подлежат значение характеристического сопротивления R ст (проводимости G ст) четвертьволнового отрезка и место его включения l 1. Ради удобства решения поставленной задачи на схеме Рис. 26 для каждого однородного отрезка линии выбрана своя (локальная) система координат, отсчитываемых от его конца.
Рассмотрим теоретически этот способ согласования нагрузки с отрезком линии передачи. Сначала отрезок линии разрезают в сечении l 1 пучности напряжения или тока, в котором значения сопротивления Z (l 1) и проводимости Y (l 1) вещественны. Затем в этом разрезе включают четвертьволновый трансформатор с таким значением характеристического сопротивления R ст (проводимости G ст), чтобы его входное сопротивление (проводимость) равнялось характеристическому сопротивлению Rс (проводимости Gc) линии.
Отсюда следует математическая формулировка условий согласования:
1. , ; (73)
либо
2. , . (74)
Первые условия вместе с формулами (68), (70) определяют координаты пучностей напряжения и тока
.
На спектр значений l 1 k , поставляемых этой формулой, накладывается естественное ограничение
.
Чтобы получить более широкую полосу частот согласования (при негармоническом процессе), необходимо стремиться к возможно меньшим значениям длины несогласованного участка l1k.
Для резистивной нагрузки , аргумент коэффициента отражения nпринимает всего лишь одно из двух значений: n = 0, если R н > R с и, соответственно, G н < G c, либо n = p, когда G н> G c, R н< R с. В обоих случаях трансформатор можно подключить непосредственно к нагрузке.
В пучностях напряжения и тока значения сопротивления Z (l 1) и проводимости Y (l 1) вещественны
, .
Обозначим характеристические сопротивление и проводимость трансформатора через R ст и G ст соответственно. Тогда из характеристик участка конечного отрезка линии (60), (61) при x = l/4 и получим
;
.
Отсюда , (75)
. (76)
Подчинив значения этих величин вторым условиям согласования (73), (74), получим пару дуальных искомых формул для характеристических параметров трансформатора
, (77)
. (78)
При соблюдении условий согласования на участке l – l 1 линии передачи (Рис. 26) наблюдается режим бегущих волн, а в трансформаторе и следующем за ним участке – режим смешанных волн.
Если нагрузка недостаточно согласована с отрезком линии, возникают отражённые волны напряжения и тока, которые перемещаются к началу отрезка. При отсутствии согласования отрезка с генератором, то есть если сопротивление генератора отличается от характеристического сопротивления линии, происходит повторное отражение волн напряжения и тока от начала отрезка.
Рис. 27 |
Для согласования отрезка линии на его входе и выходе, можно представить себе следующую общую схему с двумя четвертьволновыми трансформаторами (Рис. 27) (активные элементы канонических схем замещения генератора на ней не показаны).
Первый из них, длина которого равна нечётному числу l/4, преобразует вещественную часть сопротивления (проводимости) участка линии, нагруженного пассивным компонентом схемы замещения генератора, к характеристическому сопротивлению (проводимости) линии. Перед нагрузкой включён другой трансформатор, назначение которого рассмотрено выше. Поскольку схема согласования Рис. 27 симметрична относительно вертикальной оси, то для расчёта значений «симметричных» параметров её компонентов – места включения трансформаторов и их характеристических сопротивления или проводимости – можно пользоваться приведёнными выше формулами с соответствующей корректировкой идентификаторов входящих в них величин.
При комплексной нагрузке можно предложить согласующее устройство в виде четвертьволнового трансформатора и динамического элемента, включаемого параллельно нагрузке или последовательно с ней. Таким динамическим элементом в диапазонах УВЧ и СВЧ может служить разомкнутый или короткозамкнутый шлейф – отрезок той же линии подходящей длины. Подключение динамического элемента цепи преобразует заданную комплексную нагрузку в эквивалентную резистивную.
Для определённости возьмём устройство согласования четвертьволновым трансформатором и шлейфом, включённым параллельно нагрузке (Рис. 28). Выведем формулы, определяющие значения длины шлейфа l 2 и характеристической проводимости G ст четвертьволнового трансформатора. Из описания принципа действия рассматриваемого согласующего устройства следуют два математических условия согласования:
1. , (79)
2. . (80)
Обратимся к формуле (72), выражающей проводимость Y (x) участка конечного отрезка. Для разомкнутого шлейфа при Y н = 0 из неё следует
Рис. 28 |
. (81)
Та же формула для короткозамкнутого шлейфа при Z н = 0 даёт
. (82)
Из этих формул и первого условия согласования (79) имеем:
· для разомкнутого шлейфа
, ;
· для короткозамкнутого шлейфа
, ,
причём l 2 k ³ 0. Отсюда видно, в частности, что при резистивной нагрузке надобность в шлейфе отпадает.
В соответствии со вторым условием согласования (80), отрезок линии длиной l будет работать в согласованном режиме, если значения входной проводимости нагруженного трансформатора и характеристической проводимости G c линии одинаковы.
Заменяя в формуле (76) идентификатор на , получаем
.
Отсюда при ограничении (80) следует
. (83)
При соблюдении условий согласования в отрезке линии передачи l (Рис. 28) обеспечен режим бегущих волн, в трансформаторе – режим смешанных волн, а в шлейфе будут только стоячие волны напряжения и тока.
Существуют схемы согласования всего одним шлейфом, подключаемым, например, параллельно линии передачи вблизи нагрузки (Рис. 29). Шлейф подключается в таком сечении l 1, в котором вещественная часть проводимости равна характеристической проводимости линии. Шлейф длиной l 2, включаемый в это сечение, компенсирует мнимую составляющую проводимости несогласованного участка линии. Отсюда следуют два условия согласования:
1. ,
Рис. 29 |
2.
Из формулы (69), определяющей вещественную часть проводимости участка конечного отрезка линии, и первого условия согласования получаем
,
причём .
Для получения выражений, задающих спектры длин шлейфов, обратимся ко второму условию согласования и формулам (70), (81) и (82). В результате несложных преобразований получим:
· для разомкнутого на конце шлейфа (Рис. 28, а)
, .
· для короткозамкнутого шлейфа (Рис. 28, б)
, .
Знаки перед вторыми слагаемыми формул для l 1k и l 2n согласованы.
Очевидно, что шлейф должен быть как можно короче и его следует подключать возможно ближе к нагрузке.
В зависимости от назначения линии передачи применяют различные согласующие устройства, принцип действия которых и порядок расчёта подробно рассматриваются в специальных курсах.
Типы сооружений для обработки осадков: Септиками называются сооружения, в которых одновременно происходят осветление сточной жидкости...
Историки об Елизавете Петровне: Елизавета попала между двумя встречными культурными течениями, воспитывалась среди новых европейских веяний и преданий...
Таксономические единицы (категории) растений: Каждая система классификации состоит из определённых соподчиненных друг другу...
Архитектура электронного правительства: Единая архитектура – это методологический подход при создании системы управления государства, который строится...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!