Узкополосое согласование в линиях передач

УЗКОПОЛОСНОЕ СОГЛАСОВАНИЕ В ЛИНИЯХ ПЕРЕДАЧ

Согласование линии передачи заключается в подавлении отражённых от нагрузки волн. Линии в этом случае работают в режиме бегущей волны  ( Γ = 0 ), КСВ=1), а сопротивление нагрузки ZН  равно сопротивлению линии  Z0 . В согласованном режиме мощность, поступающая в нагрузку от генератора, который в свою очередь, должен быть согласован с лини- 
ей, достигает максимального значения.  
Если нагрузка не согласована с линией, то это приводит к ряду нежелательных эффектов: изменяются частота и мощность генератора из−за эффекта затягивания, уменьшается 
предельное значение передаваемой мощности, уменьшается мощность, поступающая в нагрузку, увеличиваются потери в линии передачи. 
Из выше сказанного ясно, что обеспечение согласования в линиях передачи является одной из наиболее распространённых и важных задач 
техники СВЧ.  

Рассмотрим так называемое узкополосное согласование, при котором режим  бегущей волны достигается на единственной расчётной частоте. При отклонении частоты от расчётной возникает рассогласование и наблюдается увеличение КСВ. Полоса частот, для которых КСВ не превышает установленное допустимое значение, называется полосой частот согласования. В случае узкополосного согласования полоса частот определяется путём поверочного расчёта или экспериментально лишь после нахождения номиналов согласующих элементов.

 

При узкополосном согласовании достаточно компенсировать отражение от нагрузки на выбранной частоте, внося в линию добавочное отражение. А для расширения полосы согласования радо стремиться уменьшить длину согласующего устройства и расположить его как можно ближе к нагрузке. Тогда при отклонении частоты от расчётной изменение электрических длин в согласующем устройстве будет наименьшим и рассогласование с изменением частоты будет нарастать медленнее.

 

 

• При узкополосном согласовании обычно используют отрезки линии передачи изменённым волновым сопротивлением, а также сосредоточенные реактивности (например, штыри, диафрагмы), располагаемые в нужном сечении линии передачи.

 

• Согласование с помощью сосредоточенных реактивностей широко применяется в диапазонах длин волн от средних до миллиметровых.

 

Эквивалентные схемы замещения  для последовательной и параллельной реактивностей показаны на рисунке 1. 

• Для настройки на режим бегущей волны в каждой схеме следует выбрать место включения и номинал реактивности. Проще всего это сделать с помощью круговой диаграммы. Параллельная компенсирующая реактивность должна быть включена в такое сечение линии * В , (рисунок1б), где вещественная часть полной нормированной проводимости точно равна единице. Мнимая часть проводимости в этой точке в сумме с Bком′должна быть равной нулю, что и обеспечивает идеальное согласование на расчётной частоте (длине волны).

 

• Следовательно, надо нанести на круговую диаграмму проводимостей полную проводимость нагрузки Y н′ и, осуществляя перемещение по соответствующей пунктирной окружности постоянного КСВ от точки нагрузки 1, найти на этой окружности точку пересечения с линией G′ =1 (точка 2 на рисунке 2).

 

• Нормированное угловое расстояние                между точками 1 и 2 определяет нужное место включения реактивности. Значение реактивной проводимости в точке 2, но с противоположным знаком, и есть компенсирующая реактивность                 . После добавления такой реактивности полная проводимость в точке 2 станет чисто активной и равной единице.
• Кроме точки 2 существует ещё одна точка пересечения окружности постоянного КСВ нагрузки с линией единичной активной проводимости − это точка 3. В точке 3 требуется для компенсации реактивность другого знака, что может оказаться предпочтительным по конструктивным соображениям. Однако, следует учитывать, что точка 3 находится дальше от нагрузки на дополнительное расстояние         , что может привести к сужению полосы согласования.

 

• Случай последовательной компенсирующей реактивности может быть рассмотрен аналогичным образом. Однако вместо круговой диаграммы проводимостей следует использовать круговую диаграмму сопротивлений.

 

• К числу наиболее просто реализуемых компенсирующих реактивностей относятся диафрагмы. В частности, для прямоугольного волновода это − симметричная индуктивная, рисунок а, и симметричная ёмкостная, рисунок б, диафрагмы.

 

• Нормированная реактивная проводимость индуктивной диафрагмы определяется по приближённой формуле:

 

 

 

• Нормированная реактивная проводимость ёмкостной диафрагмы определяется как: