Согласование линий передачи данных на печатной плате. Проблема согласования нагрузки с линией передачи
Если в конце линии включено сопротивление нагрузки, равное волновому:
то, обращаясь к формулам (18-23), находим, что
(18-48)
т. е. отраженная волна не возникает Такую нагрузку называют согласованной нагрузкой или нагрузкой без отражения.
При этом, как следует из (18-47), коэффициент отражения
Из написанных выше соотношений с учетом (18-48) получим:
(18-49)
Отсюда следует:
(18-51)
т. е. для любой точки линии отношение комплексов равно волновому сопротивлению Поэтому режим работы генератора, питающего такую линию, не изменится, если в любом сечении линии ее разрезать и вместо отрезанной части линии включить волновое сопротивление. Режим работы оставшегося участка линии также не изменится.
Из соотношения (18-31) следует, что для согласованной линии входное сопротивление равно волновому
Полагая начальную фазу напряжения в конце линии равной нулю, т. е. запишем на основании (18-49) и (18-50) мгновенные значения напряжения и тока в любой точке линии:
Полученные соотношения изображены на рис. 18-9. Точки пересечения оси абсцисс с кривыми напряжения и тока сдвинуты на расстояние причем согласно сказанному в § 18-5 величина g отрицательна. Поэтому, применяя термины, справедливые, строго говоря, только для синусоидальных величин, можно сказать, что ток опережает по фазе напряжение на угол Напряжение и ток в различных точках линии различаются не только по амплитуде, но и по фазе.
Мощность, проходящая через какое-нибудь сечение линии,
(18-53)
Эта мощность уменьшается по мере удаления от начала, так как на каждом элементе длины линии поглощается мощность
равная сумме потерь в сопротивлении проводов и в проводимости изоляции на элементе линии Равенство средней и правой частей соотношения (18-54) можно показать после преобразований. Для этого следует в средней его части заменить их значениями из равенств (18-49), (18-50), (18-27), (18-10) и (18-11), выразив предварительно через по известной формуле
Мощность, передаваемая по согласованной линии, называется естественной или натуральной мощностью. Режим передачи естественной мощности может иметь место в линиях, если сопротивление нагрузки равно волновому сопротивлению Средние значения естественной мощности для линий 500, 400, 220, 110 и 35 кВ соответственно равны 3 МВт. Отсюда видно, как сильно увеличивается естественная передаваемая мощность с увеличением напряжения линии.
Мощность, получаемая линией,
Линии передачи, предназначенные для канализации энергии СВЧ сигналов от генератора к нагрузке, работают наилучшим образом только в определенном режиме – режиме согласования. Для анализа оптимальности передачи энергии от генератора в нагрузку рассматривается следующая схема (рис. 2.11).
Рис. 2.11. Схема передачи энергии СВЧ
Генератор напряжения с э.д.с. (Э) и
внутренним сопротивлением
посредством линии передачи с волновым
сопротивлениемz
В
и постоянной распространения
связывается с нагрузкой, имеющей
сопротивление
.
В общем случаеZ
н
Z
г
Z
В
, так что в линии передачи
существуют отраженные волны.
Устранение отраженных волн достигается, например, путем создания дополнительных волн, отражающихся от согласующего устройства. Эти волны должны интерферировать, для чего требуется обеспечить равенство их амплитуд и сдвиг фаз на 180 о. Регулировка трансформаторов сводится к созданию условий, необходимых для полного погашения отраженных волн.
Согласование лини передачи означает настройку этой линии на режим бегущей волны. Рассмотрим, какие преимущества имеет согласованная линия в сравнении с несогласованной.
Максимальная отдача мощности генератора в нагрузку
Если линия передачи имеет нулевую длину L=0 (нагрузка подключена к выходу генератора), то мощность, выделяемая на активном сопротивлении нагрузки r н , равна
,
(2.29)
откуда получается максимальная отдача мощности в нагрузку
.
(2.30)
Таким
образом, при комплексном внутреннем
сопротивлении генератора нагрузка
должна иметь реактивную часть,
противоположную по знаку реактивности
сопротивления генератора. Однако если
генератор имеет чисто активное
сопротивление
,
максимальная отдача мощности в нагрузку
получается при чисто активном сопротивлении
нагрузки
В дальнейшем будем предполагать, что генератор с линией передачи согласован, т.е. условие (2.30) выполняется.
Определим, какая часть мощности выделяется на активном сопротивлении нагрузки, если Z н Z В . В этом случае от нагрузки имеется отраженная волна. Если линия передачи не имеет потерь, то активная мощность в любом сечении линии, в том числе и на нагрузке, одинакова. Например, в пучности напряжения она равна
,
(2.31)
откуда
,
где Р пад – мощность, проходящая по линии передачи в режиме бегущей волны.
Используя соотношения для К СВ можно записать мощность передаваемую в нагрузку в зависимости отКСВ
.
(2.32)
Таким образом, если линия передачи не согласована с нагрузкой, часть мощности генератора отражается и отдача в нагрузку в соответствии с соотношениями (2.31) и (2.31) не максимальна.
Максимальный коэффициент полезного действия линии передачи
Предположим, что линия передачи имеет потери, характеризуемые коэффициентом затухания . КПД линии передачи определяется как отношение мощности в концеР н к мощности в начале линииР 0
.
Мощность в начале линии (в сечении 1) рис.2.11равна
а на нагрузке (в сечении 2)
Используя эти условия, получим зависимость КПД линии передачи от величины модуля коэффициента отражения в виде
(2.33)
При Г=0 КПД максимален и равен
.
(2.34)
С
увеличением отражения КПД уменьшается,
причем особенно сильно для больших
значений
Для пропускаемой линией передачи активной мощности в пучности напряжения можно записать
.
(2.35)
Если
предельное напряжение U
пред
(или предельная мощность
)
в линии задано, то оно будет определяться
величиной напряжения в пучности
.
Поэтому из (2.35) получаем
(2.36)
В результате, пропускаемая мощность уменьшается в 1 раз.
Рассмотрим методы построения согласующих устройств.
Общие принципы согласования нагрузки с линией передачи
Независимо от характера и типа согласующего устройства, а также полосы частот, в пределах которой сохраняется согласование, схема согласования имеет вид рис. 2.12.
Назначение согласующего устройства – устранить отраженную от нагрузки волну. Эту задачу решают двумя различными методами:
путем поглощения отраженной волны в согласующем устройстве. При этом падающая волна проходит через согласующее устройство практически без потерь.
путем создания в
линии передачи с помощью согласующего
устройства еще одной отраженной волны,
амплитуда которой равна амплитуде
волны, отраженной от нагрузки. Фазы
обеих отраженных волн отличаются на
180 0 .
В результате отраженные волны компенсируют
друг друга.
Первый метод согласования основан на применении либо мостовых схем, либо невзаимных устройств.
Согласующее устройство второго типа обычно состоит из реактивных элементов и практически не вносит потерь. Оно позволит получить входное сопротивление на стыке с линией, равное волновому Z вх =Z В . В результате, в линии, левее места стыковки образуется бегущая волна.
Узкополосное
согласование (УС).
В задаче узкополосного согласования
согласующие элементы строят из соображения
получения полного согласования (Г=0) на
одной фиксированной частоте. Степень
согласования линии передачи с нагрузкой
оценивается по характеристике
согласования, которая представляет
собой зависимость модуля коэффициента
отражения
от частоты
.
Полоса УС равна нескольким единицам
процентов от
0
.
С энергетической точки зрения наибольший интерес представляет согласование с помощью недиссипативного четырехполюсника. Согласующее устройство должно обладать свойствами идеального трансформатора, преобразующего высокочастотные напряжения, токи и полные сопротивления из одного сечения в другое без внесения активных потерь. Такими трансформаторами могут быть индуктивные, емкостные диафрагмы и другие неоднородности, включаемые в линию.
Методика УС заключается в следующем. Проводимость нагрузки выражается через активную и реактивную проводимости
,
(2.37)
где G н 0, с помощью отрезка линии длинойl трансформируется в проводимость Y 1, активная часть которой равна волновой проводимости линии, т.е.
.
(2.38)
Р
еактивную
часть проводимости Y 1 компенсируют
путем параллельного включения в линию
равной по величине и противоположной
по знаку реактивной проводимости
(-iB 1). В результате входная
проводимость нагрузки на зажимах11
(рис.2.13) становится чисто активной
и равной волновой проводимости, т.е.
линия нагружается на сопротивление,
равное ее волновому сопротивлению, что
соответствует идеальному согласованию.
Заменив везде термины проводимость на
сопротивление можно придти к схеме
согласования, где компенсирующее
реактивное сопротивление (-iX
)
включается в линию последовательно.
Рассмотрим наиболее распространенные типы трансформаторов полных сопротивлений.
Реактивные шлейфы. Отрезок линии передачи с режимом короткого замыкания или холостого хода в сечении нагрузки. Из формул трансформации (2.18) и (2.19) следуют формулы реактивных сопротивлений и проводимостей шлейфов:
,
(2.39)
.
(2.40)
Отрезки короткозамкнутых линий с длиной менее полуволны часто используют в качестве согласующих элементов, а также в качестве элементов колебательных контуров с распределенными параметрами. Разомкнутые отрезки применяют значительно реже. Причем в полых волноводах и многих других линиях передачи режим холостого хода нежелателен из-за интенсивного излучения выходного отверстия.
Диафрагмы в волноводах. Тонкая металлическая пластина с отверстием, помещенная в сечении волновода, называется диафрагмой. Диафрагмы используют как реактивные элементы для согласования сопротивлений.
На рис. 2.14?,а схематично изображена симметричная диафрагма в волноводе прямоугольного сечения. Диафрагма имеет прямоугольное сечение с размерами а / и b. Для волны Н 10 диафрагма возмущает магнитное поле, и поэтому данная неоднородность может быть представлена в виде индуктивности (рис. 2.14,a). Диафрагма носит название индуктивной. Относительную величину реактивного сопротивления можно вычислить по следующей приближенной формуле
(2.41)
На рис. 2.14,b изображена емкостная симметричная диафрагма и ее эквивалентная схема для Н 10 волны. Диафрагма такой конфигурации сильно возмущает электрическое поле волны. Относительное значение нормированной проводимости приближенно выражается так:
,
(2.42)
где Y B =1/ Z B – волновая проводимость.
Длинные линии находят широкое применение в радиотехнике. Рассмотрим кратко некоторые из них .
Длинная линия как трансформатор . Пусть линия нагружена на сопротивление . Большой интерес представляет свойство линии изменять сопротивление нагрузки при его пересчёте на вход линии – свойство, которое присуще обычному трансформатору при приведении сопротивления нагрузки к первичной обмотке. Поэтому часто длинную линию называют трансформатором сопротивлений .
Можно показать, что:
а) однородная линия без потерь, длина которой равна четверти длины волны (в более общем случае – нечётному числу четвертей длин волн), передаёт любую нагрузку, включённую на одном её конце, на клеммы противоположного конца с изменением (трансформацией) данной нагрузки, определяемой выражением:
,Например, колебательная система в виде отрезка двухпроводной линии с медными проводами, закороченного на конце, имеет добротность порядка нескольких сотен. Аналогичная колебательная система, образованная коаксиальной линией, характеризуется добротностью . Приведённые цифры показывают преимущества колебательных систем с распределёнными параметрами в диапазоне УКВ по сравнению с обычными колебательными контурами. Расчёт резонансных частот таких колебательных систем производится по формулам (7.55, 7.56, 7.61, 7.62).
Отрезки длинных линий могут применяться также в качестве фильтров, шлейфов согласования и т. д. Шлейфом называют короткозамкнутый отрезок линии. Более подробное изложение этих вопросов приводится, например, в .
Длинная линия как фидер . Линия, по которой осуществляется передача энергии высокочастотных колебаний от генератора к нагрузке, называется фидером (от английского глагола to feed – питать).
В современных радиотехнических устройствах находят применение фидеры различных типов. В диапазоне метровых и более длинных волн для передачи энергии обычно используется открытый двухпроводной фидер. Однако на более коротких волнах открытая линия начинает интенсивно излучать электромагнитную энергию в окружающее пространство, возрастают тепловые потери в проводах. В результате коэффициент полезного действия такого фидера по мере укорочения волны резко падает.
В дециметровом диапазоне волн наиболее широко применяется коаксиальная линия передачи. Она, в отличие от открытой двухпроводной линии, потерь на излучение практически не имеет, т. к. её электромагнитное поле отделено от внешнего пространства экраном – металлической цилиндрической оболочкой. Коаксиальный фидер обладает также меньшими тепловыми потерями, так как образующие его проводники имеют достаточно большие поверхности.
На сантиметровых волнах в качестве фидера используется волновод, представляющий собой полую металлическую трубу, в которой распространяются электромагнитные волны. Отсутствие в волноводе внутреннего проводника уменьшает расход энергии на нагревание и, следовательно, повышает коэффициент полезного действия по сравнению с КПД коаксиального фидера.
При изучении особенностей применения фидеров весьма важным является вопрос согласования линии с нагрузкой, когда в нагрузку передаётся максимальная мощность. Этим условием является равенство
т. е. сопротивление нагрузки должно быть чисто активным и равно волновому сопротивлению фидера . При этом в линии имеет место режим бегущих волн и КСВ линии равен 1. Существуют различные методы согласования линии с нагрузкой. Рассмотрим некоторые из них.
1. Согласование длинной линии с нагрузкой с помощью четвертьволнового трансформатора.
Принцип работы четвертьволнового трансформатора основан на зависимости (7.68), если положить , т. е. произведение входных сопротивлений в сечениях линии, отстоящих друг от друга на равно :
выбрать четвертьволновый трансформатор с требуемым волновым сопротивлением .
|
при необходимо потребовать, чтобы
На основании (7.70) имеем . Так как нагрузка и волновое сопротивление линии заданы, то задача согласования сводится к определению . В результате при подключении трансформатора с таким волновым сопротивлением в сечении будет выполнено условие согласования
,
т. е. в линии будет иметь место режим бегущих волн. Отметим ещё раз, что если нагрузка активная , то трансформатор подключается непосредственно к нагрузке.
Для расчёта длины волны в коаксиальном кабеле можно рекомендовать следующую формулу:
где 
;
– длина волны в воздухе.
Если нагрузка линии комплексная, то трансформатор не может быть подключён непосредственно к нагрузке. Первоначально нужно найти сечение в линии, в котором сопротивление активно. При этом используется то положение, что входное сопротивление длинной линии при произвольной нагрузке в сечениях, где имеются экстремальные значения напряжения и тока, носит чисто активный характер.
В сечениях, где имеются и ,
 |
Варианты включения четвертьволнового трансформатора при комплексной нагрузке показаны на рис. 7.29.
Расчёт волнового сопротивления трансформатора производится в соответствии с формулой (7.70). Если трансформатор подключён в точках , т. е. имеем и , то
В сечении необходимо потребовать, чтобы , тогда
Если трансформатор подключён в точках , т. е. имеем и , то
В сечении должно выполняться условие согласования , тогда
В результате и в том и в другом случаях осуществлено согласование линии с нагрузкой. Согласование с помощью четвертьволнового трансформатора не всегда удобно, так как не всегда возможно подобрать кабель с требуемым волновым сопротивлением.
Более удобным с практической точки зрения является метод согласования, разработанный советским учёным В.В. Татариновым.
2. Согласование длинной линии с нагрузкой при помощи шлейфа В.В. Татаринова.
Сущность метода заключается в следующем. Имеется параллельный реактивный шлейф – отрезок линии (может быть переменной длины), короткозамкнутый на конце с волновым сопротивлением (рис. 7.30а). Входное сопротивление шлейфа чисто реактивное:
Нужно добиться такого положения, чтобы сопротивление в точках было чисто активным (рис. 7.30б):
где 
|
т. е. необходимо потребовать равенство нулю реактивной составляющей этой проводимости:
Это можно достичь выбором требуемой длины шлейфа , при этом
Если же сопротивление в точках не равно волновому сопротивлению линии, то можно подключить к нагрузке четвертьволновый трансформатор, изображённый на рис. 7.31. При этом необходимо выбрать трансформатор с волновым сопротивлением
Если имеется возможность изменять место подключения шлейфа вдоль линии, то согласование осуществляется в следующем порядке:
– определяется место подключения шлейфа;
– определяется длина шлейфа.
Пусть шлейф не подключён к линии и в длинной линии существует режим смешанных волн. В линии всегда имеется сечение , где активная часть входной проводимости (в этом случае вместо сопротивлений удобно пользоваться проводимостями)
так как в соответствии с формулами (7.71) и (7.72) активная составляющая входной проводимости линии изменяется в пределах от
 |
|
|
Линия, таким образом, согласована. Данный способ согласования связан с необходимостью перемещения параллельного шлейфа вдоль фидера. Это приводит к определённым конструктивным трудностям при согласовании коаксиальных линий. Поэтому применяют устройства, состоящие из двух неподвижных параллельных шлейфов. Существо такого согласования изложено, например, в .
Согласование линии передачи с нагрузкой.
Под согласованием линии передачи с нагрузкой понимают мероприятия по обеспечению передачи возможно большей части передаваемой линией мощности от генератора в нагрузку в заданном диапазоне частот.
Идеальное согласование предусматривает передачу всей передаваемой от генератора мощности в нагрузку. В широкополосных системах связи рассогласование линии с нагрузкой может вызывать искажение передаваемой информации и значительному увеличению уровня шумов в тракте. Обычно коэффициент отражения в таких системах во всей рабочей полосе частот не должен превышать 0,02…0,05 (КСВН от 1,04…1,1).
Общие принципы согласования нагрузки с линией передачи.
Согласование может осуществляться как с преобразованием типа волны, так и без преобразования типа волны. Согласование с преобразованием типа волны также называют возбуждением. При согласовании необходимо выполнить следующие условия.
1. заключается в возможности существования требуемого типа волны в нагрузке. Для этого требуется правильно подобрать форму и рассчитать размеры нагрузки.
2. Заключается в возможно полном совпадении структуры поля в нагрузке и линии передач. Для его осуществления применяются преобразователи типов волн.
3. С точки зрения теории цепей заключается в равенстве выходного сопротивления передающей линией комплексно сопряженному входному сопротивлению нагрузки. Так как в случае режима бегущей волны в линии передачи и ее выходное сопротивление чисто активное, то необходимо для компенсации реактивной составляющей сопротивление нагрузки вводить в линию передачи реактивные элементы.
С точки зрения теории электромагнитного поля при отражении от нагрузки образующаяся отраженная волна компенсируется волной, отраженной от реактивного элемента, вводимого в линию передачи, если эти волны будут равны по амплитуде и противоположны по фазе, то есть используется явление интерференции волн.
В результате введения согласующего элемента часть волны от него отражается и в направлении нагрузки, а затем снова к устройству и так далее. При этом на участке между согласующим устройством и нагрузкой образуется, за счет этих переотражений, стоячая волна, запасающая энергию, которая в нагрузку уже не поступает. Величина этой запасенной энергии зависит и от расстояния между согласующим элементом и нагрузкой. Чем больше это расстояние, тем большая энергия запасается. Следовательно, согласующий элемент должен по возможности ближе располагаться к нагрузке.
Узкополосное согласование.
При одном согласующем элементе при изменении частоты нарушаются фазовые соотношения между волной, отраженной от нагрузки и волной, отраженной от неоднородности и согласование нарушается. Поэтому такое согласование, при котором отражение от нагрузки устраняется полностью только на одной частоте называется узкополосным.
Методика узкополосного согласования заключается в следующем.
Проводимость нагрузки
Где , с помощью отрезка линии длинной трансформируется в проводимость , активная часть которой равна волновой проводимости линии
.
Для компенсации реактивной составляющей к точкам 1-1 подключают реактивный шлейф с сопротивлением .
В качестве согласующих элементов для активных составляющих сопротивлений либо применяют отрезок линии длинной такой, чтобы в очках 1-1 входное сопротивление отрезка линии с нагрузкой имело активную составляющую по величине равную волновому сопротивлению линии, либо применяют четвертьволновый трансформатор, который представляет собой отрезок линии длинной с волновым сопротивлением, равным
.
В качестве компенсирующих элементов для реактивных составляющих применяются штыри, диафрагмы, а также короткозамкнутые отрезки линий (шлейфы).
Примеры узкополосного согласования
1. Согласование с помощью короткозамкнутого шлейфа
Известно, что входное сопротивление в сечении линии, где находится узел 
, а в сечении где находится пучность 
Нагрузка, подключенная к концу линии передачи, называется согласованной, если её нормированное сопротивление или проводимость равны единице: 
В линии устанавливается режим бегущей волны. На практике возникают ситуации, когда условие не выполняется и в то же время линию и нагрузку изменять запрещено. В этих условиях необходимо изыскать способ обеспечения в линии режима бегущей волны, причем вся мощность этой волны должна поглощаться в нагрузке.
Общий принцип, который кладется в основу при решении этой проблемы, состоит в том, что нагрузка подключается к линии не непосредственно, а через согласующий трансформатор (рис. 6.5, а ).
От трансформатора требуется, чтобы он трансформировал проводимость подключенную к его выходным клеммам, в проводимость, равную единице на его входных клеммах:
Это есть условие согласования, при котором в линии устанавливается режим бегущей волны. Поскольку отраженной волны нет, а в трансформаторе потери должны отсутствовать, вся мощность падающей волны поглощается в нагрузке.
Трансформаторы, применяемые на СВЧ, выполняются на отрезках линий. Рассмотрим устройство трансформа-тора, реализующего так называемое одношлейфное согласование (рис. 6.5, б
). Трансформатор представляет собой отрезок линии длиной , на входе которого включена параллельная реактивная неоднородность, имеющая нормированную проводимость . Полная проводимость на входе трансформатора складывается из двух параллельно включенных проводимостей: проводимости и проводимости 
Эта вторая проводимость представляет собой проводимость нагрузки, трансформированную к входным клеммам отрезком линии длиной . Итак:
Подстановка (6.10) в (6.11) дает условие согласования в виде двух равенств:
(6.13)
Условие (6.12) можно удовлетворить путем выбора такой относительной длины трансформирующего отрезка чтобы активная часть проводимости была равна единице: Условие (6.13) можно удовлетворить подбором реактивной проводимости (проводимости шлейфа): ; 
Приведём пример расчета.
Задача. Проводимость нагрузки Длина волны в линии Рассчитайте длину трансформирующей секции и реактивную проводимость , при которых в основной обеспечивается режим бегущей волны.
Решение.
Нанесем на диаграмму проводимостей точку 1, соответствующую (рис. 6.6). Отсчет по шкале «к генератору», соответствующий этой точке, равен 0,222, а КБВ = 0,23. Перемещаясь по окружности КБВ = 0,23 к генератору, непременно доходим до точки 2, через которую проходит окружность . Отсчет по шкале перемещений, соответствующий точке 2, равен 0,32, а значение реактивной проводимости здесь Таким образом, на расстоянии 
от нагрузки трансформированная проводимость 
Чтобы компенсировать реактивную проводимость , проводимость шлейфа нужно выбрать равной 
Итак, длина трансформирующего отрезка Если линия передачи – волновод, то в качестве шлейфа можно взять емкостную диафрагму, подобрав ее ширину по формуле (6.9).
Из рис. 6.6 видно, что имеется другой вариант трансформатора: в точке 2" на круговой диаграмме проводимость , так же, как и в точке 2, имеет активную часть, равную единице. В этом случае реактивный шлейф должен иметь индуктивную проводимость, а длина отрезка должна быть больше, чем в рассчитанном случае.
Порядок выполнения работы
1. Нахождение условных концов линии и длины волны в волноводе. Установите частоту генератора, заданную преподавателем. Подключите к концу ИЛ заглушку и определите положение двух соседних условных концов линии. Определите длину волны в волноводе и сравните ее с расчетным значением, найденным по формуле (3.19).
2. Определение входной проводимости подвижной нагрузки. Подключите к концу ИЛ подвижную нагрузку и установите перемещаемый клин в какое-нибудь фиксированное положение (начальный отсчет по шкале нагрузки должен быть не очень велик – не более 10...15 мм). Измерьте нормированную проводимость нагрузки, отнесенную к ее входному фланцу. Методика измерений по 4.8, но с учетом того, что измеряется проводимость, а не сопротивление. Приведите эскиз (типа рис. 1.6). Рассчитайте относительные расстояния и . Пользуясь круговой диаграммой, определите и . В отчете необходимо поместить рисунок (типа рис. 4.7) с указанием всех числовых данных, получаемых при построении на круговой диаграмме. Точка должна быть на нижней полуоси диаграммы проводимостей.
3. Расчет одношлейфного согласования. Дальнейшей задачей является одношлейфное согласование подвижной нагрузки с проводимостью 
, определенной в 6.2. По методике 6.6 рассчитайте минимальную длину трансформирующего отрезка и проводимость реактивного шлейфа . Определите, какую диафрагму (индуктивную или емкостную) нужно включить в качестве шлейфа, и по (6.8) или (6.9) найдите размер окна диафрагмы С
. В отчете приведите полный расчет согласующего трансформатора по схеме задачи из 6.6 (иллюстрация типа рис. 6.6 обязательна).
4. Проверка качества согласования. Из имеющегося набора выберите диафрагму с нужным Вам размером окна С . Разместить ее можно только в плоскости выходного фланца ИЛ. Соберите схему рис. 6.7. Если Вы оставите отсчет по шкале нагрузки равным , то расстояние между диафрагмой и нагрузкой будет равно нулю, тогда как оно должно быть равно . Поэтому сместите перемещенный клин на от диафрагмы. Тогда отсчет по шкале нагрузки должен быть ( + ). Измерьте КБВ в ИЛ. Он должен оказаться существенно ближе к единице, чем в п. 2. Идеального согласования может и не получиться, поскольку диафрагма рассчитывалась по приближенной формуле. Поэтому попытайтесь путем небольших смещений нагрузки повысить КБВ в ИЛ (скорректированный КБВ).
5. Частотная зависимость согласования. Ничего не изменяя в узле «нагрузка – трансформатор» измерьте зависимость КБВ в ИЛ от частоты. Шаг по частоте 100...200 МГц. Количество частотных точек по 3–4 выше и ниже рабочей частоты. При изменении частоты не забывайте перестраивать резонатор ИЛ. Постройте график.
6.7. Контрольные вопросы
1. Как записываются напряжение и ток в виде волн через коэффициент отражения?
2. Какова связь коэффициента отражения и нагрузки?
3. Что такое входное сопротивление линии, и какова его формула?
4. Что такое входная проводимость линии, и какова ее формула?
5. Как меняется сопротивление (или проводимость) вдоль линии?
6. Каково сопротивление (или проводимость) в точках минимума и максимума напряжения и как оно связано с КБВ и КСВ?
7. В чем отличие и сходство круговых диаграмм сопротивлений и проводимостей?
8. Как вводятся понятия нормированных сопротивлений (или проводимостей) волноводов?
9. Что собой представляет продольная координата на круговой диаграмме сопротивлений (или проводимостей) для волноводов?
10. Как возникает вторичное (рассеянное) поле, отраженное от диафрагмы?
11. Как может быть представлена реактивная часть вторичного поля созданного диафрагмой? И какова его особенность?
12. Как представляется полное поле основного типа, распространяющиеся «за» диафрагмой?
13. Как пояснить, что «индуктивная» диафрагма является именно индуктивной, а «емкостная» – емкостной?
14. Покажите, как по круговой диаграмме найти входное сопротивление в сечении 2, если оно известно в сечении 1.
15. Как, зная нормированное сопротивление в некотором сечении линии, найти нормированную проводимость в том же сечении?
16. В чем состоит принцип одношлейфного согласования?
7. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЛНОВОДНЫХ ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКОВ
С ПОПЕРЕЧНЫМИ НЕОДНОРОДНОСТЯМИ
Цель работы: изучение свойств и измерение элементов матриц рассеяния волновых многополюсников.
