Главная > Разное > Теория цепей и техника измерений в дециметровом и сантиметровом диапазона
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

56. ШИРОКОПОЛОСНОЕ СОГЛАСОВАНИЕ

Общие положения

Комплексные сопротивления, например входные сопротивления антенн, изменяются в зависимости от частоты. Опыт показывает, что с увеличением частоты точки, соответствующие этим сопротивлениям, перемещаются в плоскости комплексных сопротивлений по кривым преимущественно в направлении движения часовой стрелки (рис. 56.1). Здесь стрелкой показано направление, в котором увеличивается частота. Только в пределах небольших диапазонов в виде исключения возможно движение в обратном направлении. Эти полученные экспериментально результаты можно подтвердить строгими теоретическими выводами, что, однако, вышло бы за рамки настоящей работы.

Свойства трансформирующих звеньев также зависят от частоты. Как было показано в § 42, в общем случае существует только одно значение сопротивления нагрузки, которое на двух заданных частотах трансформируется в одну и ту же величину. Вследствие частотной

зависимости сопротивлений и самих трансформирующих звеньев полное согласование возможно только для одной длины волны. Довольно трудно лолучить согласование в широком диапазоне (широкополосное согласование). Для согласования в широкой полосе необходимо, чтобы подлежащее согласованию сопротивление нагрузки незначительно изменялось в зависимости от частоты, т. е. чтобы оно все время оставалось внутри возможно меньшей окружности, описанной на комплексной плоскости около номинального значения. Поэтому в первую очередь стремятся, например, путем создания особой конструкции антенны обеспечить малую зависимость входного сопротивления от частоты. С помощью специальных устройств можно добиться уменьшения упомянутой окружности и свести к минимуму частотную зависимость. Если необходимо трансформировать сопротивление нагрузки, мало зависящее от частоты, применяют «широкополосные трансформирующие звенья». Так как в качестве более или менее длинных соединительные элементов всегда используются однородные линии, то согласование производится по их волновому сопротивлению, поскольку оно трансформируется линией одинаково на всех частотах.

Рис. 56.1. Кривая изменении полного сопротивления в функции частоты. С увеличением частоты точка, соответствующая полному сопротивлению, как правило, перемещается по соответствующей кривой в направлении движения часовой стрелки.

Устранение частотной зависимости

На более длинных волнах устранение частотной зависимости достигается посредством включения в линию компенсирующих последовательных или параллельных колебательных контуров из индуктивностей и емкостей. Предположим, что сопротивление нагрузки имеет в комплексной плоскости частотную зависимость, изображенную на рис. 56.2 в виде кривой а.

Пусть требуется, чтобы изменение этого сопротивления в диапазоне частот от до было минимальным. В этом случае можно поступить следующим образом. К сопротивлению нагрузки подключается отрезок линии определенной длины, с помощью которого кривая а, заключенная между точками трансформируется в кривую, близкую к Затем к схеме подключается последовательный

резонансный контур (рис. 56.3), параметры которого выбраны так, что они удовлетворяют равенствам

Тогда на частоте последовательный контур будет представлять собой реактивное сопротивление после сложения которого с первоначальным сопротивлением получается сопротивление Аналогичным образом на частоте получается такое же сопротивление Таким образом, в результате компенсации получаем, изображенную на рис. 56.4, кривую полного сопротивления с, - часть которой, ограниченная точками представляет собой петлю.

Рис. 56.2. Устранение частотной зависимости посредством включения в линию последовательного колебательного контура (рис. 56.3).

Рис. 56.3. Схема, с помощью которой устраняется частотная зависимость в случае, показанном на рис. 56.2.

Эта петля, как правило, располагается в меньшей окружности, чем окружность, соответствующая исходной кривой.

Если из исходной кривой частотной зависимости вместо кривой изображенной на рис. 56.2, легче получить кривую рис. 56.5, для которой сопротивление на более высокой частоте является индуктивным, а на более низкой частоте емкостным, то компенсацию следует производить с помощью параллельного колебательного контура. Параметры последнего можно выбрать так, что сопротивления на частотах будут равны

Расчет параметров производится так же, как и в случае последовательного контура, если только вместо сопротивлений взять проводимости. После компенсации получается кривая, имеющая приблизительно вид кривой с рис. 56.5.

Наконец, можно последовательно применить оба описанные выше способа и таким путем увеличить диапазон частот, в котором осуществляется компенсация. Например, в случае кривой с рис. 66.4, подключая дополнительный параллельный колебательный контур, можно аналогично тому, как это показано на рис. 56.5, добиться совпадения сопротивлений, соответствующих частотам в одной точке При этом получается кривая, подобная кривой рис. 56.4.

Рис. 56.4. Кривые, полученные на первом и втором этапах устранения частотной зависимости.

Рис. 56.5. Устранение частотной зависимости посредством включения в схему параллельного колебательного контура.

О возможности осуществления последовательных и параллельных колебательных контуров на сверхвысоких частотах говорится в § 45.

В основе других методов устранения частотной зависимости и соответствующих расчетов на более коротких волнах лежит закон трансформации , причем ранее описанные методы по отношению к методу, основанному на этом законе, являются частными случаями. Принципиально здесь возможно применение всех видов полосовых фильтров. Если частотную зависимость необходимо устранить в диапазоне от до то можно сначала на частоте преобразовать сопротивление нагрузки в волновое сопротивление подключенной линии (рис. 56.6). Тогда на этой линии будет находиться исходная отсчетная точка, в которой на частоте сопротивление нагрузки будет чисто активным, а изменение этого сопротивления будет происходить согласно кривой, подобной кривой а.

Если после этого к устройству подключить линейный трансформатор, который имеет коэффициент трансформации на частоте на частоте со сопротивление нагрузки как на частоте так и на частоте будет трансформироваться в одно и то же сопротивление В результате изменение сопротивления нагрузки в комплексной плоскости будет выражаться кривой, аналогичной кривой В качестве линейного трансформатора с требуемыми параметрами можно использовать любой полосовой фильтр с полной передачей на частоте т. е. с Если на частоте фильтр не обеспечивает полной передачи, то это означает, что в данном случае он представляет собой линейный трансформатор с коэффициентом трансформации . Может оказаться, например, что полученное значение несколько меньше требуемого. В этом случае необходимо лишь обеспечить более крутой подъем кривой затухания на границе области прозрачности фильтра. Так, на частоте практически можно получить необходимое значение коэффициента для любого полосового фильтра. Поясним это на примере.

Рис. 56.6. Устранение частотной зависимости с помощью линейного трансформатора.

Предположим, что в определенном диапазоне частот требуется согласовать антенну с волноводом прямоугольного сечения (рис. 28.1). Будем считать, что в линии возбуждается волна Чтобы принципиально могла получиться кривая, аналогичная кривой рис. 56.6, необходимо на двух частотах добиться полного согласования. Пусть совпадает с частотой с частотой (рис. 28.2). Как уже говорилось выше, сначала с помощью соответствующей диафрагмы можно произвести полное согласование на частоте Затем на другой частоте для волновода можно определить степень рассогласования, например, снимая экспериментальным путем распределение напряжения так, как это показано на рис. 56.7, для которого Чтобы получить полное согласование также и на частоте необходимо включить линейный трансформатор, коэффициент трансформации которого на частоте равен а на частоте

Такой линейный трансформатор можно получить,

в частности, путем последовательного включенич двух симметричных диафрагм, используя три его расчете характеристики закона трансформации (рис. 28.2) и кривые, показанные на рис. 33.4, и 33,6. Кривые рис. 28.2, как уже было сказано, получены экспериментальным тутем.

Попытаемся осуществить компенсацию, используя симметричные диафрагмы с проводящими пластинами шириной

Для того чтобы эти последовательно включенные диафрагмы на частоте представляли собой линейный трансформатор с коэффициентом трансформации их, согласно рис. 28.2,6 необходимо расположить на расстоянии друг от друга.

Рис. 56.7. Пример устранения частотной зависимости с помощью линейного трансформатора. Посредством первой диаграммы (крайней справа) производится согласование на частоте Затем с помощью фильтра с частотой пропускания производится согласование на второй частоте. (Расстояние между этим фильтром и антенной на практике следует выбирать минимальным).

Тогда на частоте взаимной компенсации отражений уже не будет, так как в этом случае согласно рис. 28.2,6 потребовалось бы расположить их на расстоянии Таким образам, обращенные друг к другу зажимы обоих трансформаторов (согласно рис. 33,1) на частоте оказываются расположенными на расстоянии, равном друг от друга, что в соответствии с рис. 33,5 дает значение абсциссы Согласно рис. 28.2, а коэффициент трансформации каждого трансформатора, взятого в отдельности, на частоте имеет значение Это значение на рис. 33.5 выбирается в качестве параметра. По значению абсциссы, равному 0,445, используя рис. 33.5, определим коэффициент трансформации сложного линейного трансформатора . Но так как для

компенсации частотной зависимости необходим коэффициент трансформации то, очевидно, полученное значение слишком мало. Поэтому сделаем попытку осуществить компенсацию с помощью двойных диафрагм с большей шириной пластин Для обеспечения полной компенсации на частоте (согласно рис. 28.2,6) расстояние между ними должно быть выбрано равным Тогда для частоты способом, аналогичным описанному выше, можно найти, что линейный трансформатор имеет коэффициент трансформации Это значение слишком велико. Чтобы найти необходимую ширину пластин, построим кривую зависимости коэффициента трансформации К схемы при последовательном включении двух диафрагм для частоты в зависимости от ширины пластины Так как при коэффициент трансформатора то имеются три точки (рис. 56.8), через которые и проводится искомая кривая.

Рис. 56.8. Вспомогательная кривая для расчета компенсирующего устройства, изображенного на рис. 56.7.

С помощью ее можно установить, что для требуемого значения ширина проводящих пластин должна быть

Согласно рис. 28,2,б для взаимной компенсации отражений на частоте необходимо, чтобы расстояние между диафрагмами было равно На частоте устройство фактически состоит из двух отдельных линейных трансформаторов, расстояние между внутренними зажимами которых равно В соответствии с этим, воспользовавшись рис. 33.4, 33.5, найдем значение абсциссы. Оно равно 0,440. Так как каждый отдельный трансформатор при ширине пластин и частоте согласно рис. 28,2,а имеет коэффициент трансформации то, используя рис. 33.4 и 33.5, следует выбирать значение параметра Соответственно из рис. 33.4 получим или Это то расстояние, на которое (см. рис. 33.4) сдвинуты зажимы трансформатора для схемы последовательного включения двух четырехполюсников по отношению к зажимам трансформатора отдельно взятого четырехполюсника. Зажимы находятся на расстоянии от наиболее удаленной от антенны диафрагмы. Чтобы устранить

частотную зависимость, нужно ближайшую к антенне симметричную диафрагму схемы «последовательного включения расположить на расстоянии, равном от минимума напряжения, отсчитывая это расстояние в направлении к антенне.

Таким образом, на основе результатов измерений (рис. 28.2) и кривых, представленных на рис. 33.4 и 33.5, рассчитано устройство, которое обеопечивает на частотах полное согласование антенны с волноводом.

Вместо последовательного включения двух линейных трансформаторов в данном случае можно применить одну соответствующим образом выбранную резонансную диафрагму (рис. 28.10,в).

Как говорилось выше, для каждого значения можно выбрать такое значение что на данной частоте диафрагма будет давать коэффициент трансформации Тогда на частоте коэффициент будет отличным от единицы. Причем для очень малых значений глубин погружения с значение будут небольшими. С увеличением глубины погружения значение коэффициента возрастает таким образом, что имеется совокупность значений которая на частоте дает линейный трансформатор а на частоте обеспечивает нужное значение

Компенсация частотной зависимости с помощью резонансной диафрагмы по сравнению с компенсацией посредством двух последовательно включенных симметричных диафрагм предпочтительней по той причине, что это устройство более компактно и, следовательно, как это можно предположить, обладает более хорошими характеристиками. Напротив, устранение частотной зависимости посредством схемы из двух последовательно включенных четырехполюсников имеет то преимущество, что в этом случае, используя результаты простых измерений и кривые (рис. 33.4 и 33.5), можно заранее рассчитать схему и, следовательно, быстрее осуществить компенсацию.

Часто применяется и другой метод компенсации, основанный на использовании отрезков линии длиной волновое сопротивление которых отличается от волнового сопротивления основной линии. Отрезок линии длиной на частоте не вызывает трансформации, т. е. является

фильтром, который на данной частоте обеспечивает полную передачу. Его работу можно представить так же, как это сделано выше. Но возможно и другое объяснение его работы, которое приводит к несколько отличному результату. Опишем его, так как оно позволяет любой фильтр с частотой пропускания использовать вместо отрезка линии длиной

Предположим, что сопротивление нагрузки, подключаемой к линии, на средней частоте заданного диапазона трансформируется как раз в волновое сопротивление этой линии. Тогда кривая изменения полного сопротивления, отнесенная к определенной точке линии, будет иметь вид кривой а, представленной на рис. 56.9, причем значение сопротивлений для крайних частот и диапазона буду расположены приблизительно симметрично относительно действительной оси. Пусть отношение Тогда, разорвав линию в отсчетной точке и включив в этот разрыв отрезок длиной с волновым сопротивлением можно преобразовать исходную кривую в петлеобразную кривую

Рис. 56.9. Устранение частотной зависимости посредством применения отрезка линии длиной

На частоте отрезок линии с волновым сопротивлением имеет как раз длину и поэтому точка, соответствующая трансформированному сопротивлению нагрузки, проходит полную окружность по диаграмме полных сопротивлений однородной линии и возвращается в точку На частоте отрезок линии на 5% длиннее половины длины волны. Поэтому значение сопротивления пройдет дополнительную дугу в 18° и станет равным На частоте когда этот отрезок линии на 5% меньше половины длины волны, дуга в 18° не прибавляется к полнои окружности, а наоборот, вычитается и, следовательно, сопротивление трансформируется в сопротивление которое совпадает с

На рис. 56.9 показан случай, когда волновое сопротивление меньше Однако компенсация возможна и при Соответствующие данные можно получить из

рис. 56.9, если сопротивления заменить проводимостями.

Результат компенсации, представленный на рис. 66.9, отличается от приведенного ранее тем, что там приходилось иметь дело с сопротивлениями, значения которых равны волновому, а в случае рис. 56.9 они отличны от него. Но если в последнем случае отсчетную точку на линии немного сдвинуть, то вместо кривой а можно получить изображенную пунктиром кривую полного сопротивления с, при этом, как и ранее, при компенсации каждое из двух полных сопротивлений можно преобразовать в волновое сопротивление.

Рис. 56.10. Устранение частотной зависимости с помощью линейных трансформаторов (второй этап).

Рис. 56.11. Результат неправильно проведенных операций по устранению частотной зависимости.

Если точки кривой частотной зависимости уже совпадают для двух частот (рис. 56.10), то с помощью полосового фильтра, обеспечивающего полную передачу на частотах можно получить полное согласование на любой третьей частоте Полосовой фильтр вместе с соответствующими отрезками линии следует рассматривать как трансформатор, который на частотах имеет коэффициент трансформации а на частоте коэффициент трансформации величина которого определяется крутизной подъема кривой затухания. Эту крутизну, а следовательно, и можно изменить и тем самым получить нужное значение которое должно быть точно равным по величине нагрузки на

После того как получено полное согласование на частотах с помощью еще одного полосового фильтра с теми же частотами пропускания и определенным коэффициентом трансформации, соответствующим какой-то четвертой частоте можно получить полное согласование и на этой частоте. Из § 45 следует, что такой полосовой фильтр сконструировать можно. Напрашивается

вывод, что как будто бы такой способ можно применять неограниченное число раз и, таким образом, получить полное согласование для любого числа заданных частот.

К сожалению, не каждую частотную зависимость можно достаточно сильно ослабить. Обратимся, «апример, к рис. 56.10. Точки кривой полного сопротивления здесь совпадают для двух частот Если значение полного сопротивления на частоте также привести в общую точку, то тогда увеличатся размеры петли, ограниченной частотами и при каждой последующей аналогичной операции они будут увеличиваться все больше.

Следовательно, если нужно свести частотную зависимость к минимуму, что обычно делают, добиваясь совпадения значений сопротивлений для большого числа частот, то, чтобы избежать слишком большой петли, различия между отдельными частотами нужно сделать настолько малыми, чтобы компенсация производилась лишь в небольших диапазонах. Не имеет смысла сводить в одну точку сопротивления для двух удаленных друг от друга частот а затем образовавшуюся при этом петлю (рис. 56.11) пытаться уменьшить, производя согласование сопротивления на частоте расположенной между В этом случае петля не всегда уменьшается. Иногда получаются две петли, которые нередко бывают еще больше первоначальной. Целесообразнее всего так выбирать частоты, на которых последовательно осуществляется согласование, чтобы диапазон расширялся постепенно. Полная компенсация в сколь угодно широком диапазоне, как это можно доказать теоретически, принципиально вообще невозможна [59, 60].

Широкополосные трансформирующие звенья

При выполнении широкополосной трансформации часто необходимо трансформировать активное сопротивление с малой частотной зависимостью в другое сопротивление так, чтобы не возникало большей частотной зависимости. В метровом диапазоне и длинноволновой части дециметрового диапазона это можно сделать с помощью LС-фильтров.

Особенно пригодны для этой цели трансформирующие цепи, состоящие из -образных схем [61].

На очень коротких волнах трансформацию при переходе от коаксиальной линии с волновым сопротивлением к линии с волновым сопротивлением можно осуществить посредством плавного изменения размеров линии. Однако для того чтобы этот переход был широкополосным, необходимо выбрать его длину равной нескольким длинам волн, что в большинстве случаев является нежелательным.

Рис. 56.12. Трансформация сопротивлений с помощью четвертьволнового отрезка линии. При изменении частоты на точка, соответствующая полному сопротивлению, перемещается между значениями

Для трансформации чисто активного сопротивления в другое активное сопротивление (рис. 56.12) часто применяется отрезок однородной линии длиной с волновым сопротивлением При длине волны точка, соответствующая чисто активному сопротивлению "поворачивается" относительно точки волнового сопротивления на 180° и переходит в точку При увеличении на длины длина отрезка составляет лишь Это означает, что теперь перемещение точки при ее движении вокруг до совпадения с точкой соответствует углу только в Аналогичным образом изменяется при увеличении частоты на 10%. Сопротивление преобразуется в этом случае в Итак, частотная зависимость трансформирующего звена проявляется в том, что при изменении частоты на трансформированное значение сопротивления в плоскости комплексных чисел перемещается по кривой полных сопротивлений, расположенной между точками и проходящей через точку Таким образом, отрезок длиной обладает довольно сильной частотной зависимостью. То же самое можно сказать и о других типах трансформирующих звеньев, кроме специально сконструированных.

Частотную зависимость можно значительно ослабить, применив два отрезка линии длиной так, чтобы первый отре. линии длиной в трансформировал сопротивление в сопротивление а второй отрезок сопротивление При этом отрезки линии длиной должны иметь волновые сопротивления соответственно.

Рис. 56.13. Широкополосная трансформация сопротивлений с помощью двух четвертьволновых отрезков лииии.

Рис. 56.14. Широкополосное трансформирующее устройство из трех отрезков линии длиной каждый.

При не волны сопротивление отрезком с волновым сопротивлением, равным трансформируется в сопротивление а последнее с помощью отрезка линии с волновым сопротивлением в сопротивление При уменьшении частоты на сопротивление трансформируется отрезком линии с волновым сопротивлением и сопротивление вторым отрезком линии с в сопротивление На частоте, возросшей на сопротивление трансформируется в проходя через промежуточное значение Кривая, ограниченная значениями и проходящая через по которой теперь перемещается точка, соответствующая трансформированному значению сопротивления при изменении частоты на как видно из рис. 56.13, значительно меньше, чем при одном отрезке

Очевидно, что, применяя более двух отрезков частотную зависимость можно еще более уменьшить. Для определения соответствующих волновых сопротивлений отрезков линии длиной (рис. 56.14) рекомендуется [62] правую комплексную полуплоскость в соответствии с выражением

отобразить на единичный круг. Это означает, что вместо значений комплексных сопротивлений R целесообразнее воспользоваться нанесенными на комплексную плоскость значениями определяемыми равенством 56.1. Если то При получим

и при

Итак, значения сопротивлений которые с помощью трансформирующих звеньев должны быть преобразованы друг в друга, расположены в единичном круге симметрично по отношению к нулевой точке.

Рис. 56.15. Диаграмма для определения волновых сопротивлений отрезков линий, входящих в устройство, изображенное на рис. 56.14.

Очевидно, что вследствие этого изображение в единичном круге, получаемом с помощью выражения (56.1), является более предпочтительным, поскольку теперь легче определить волновые сопротивления отрезков линий длиной Так, например, в случае рис. 56.15 точки при изображении внутри единичного круга должны переходить друг в друга. Учитывая симметрию,

можно предположить, что средний отрезок будет иметь волновое сопротивление которому в единичном круге соответствует точка Значения волновых сопротивлений и двух других отрезков расположены также симметрично относительно нулевой точки и, следовательно,

При значении волнового сопротивления отличном от нуля, диаграмма трансформации однородной линии имеет такой же вид, как и диаграмма в правой комплексной полуплоскости (рис. 14.1,а). Она состоит из окружностей, которые проходят через точку и расположены перпендикулярно краю единичного круга. Все их центры находятся на прямой или (рис. 56.15). Второе семейство диаграммы состоит из окружностей, ортогональных к окружностям первого семейства. На рис. 14.1,а показано, как пользоваться такой диаграммой. При и любых значениях и на средней волне сопротивление посредством трех отрезков длиной всегда трансформируется в сопротивление

Первый отрезок поворачивает точку на 180°, совмещая ее с точкой второй отрезок трансформирует и третий преобразует значение в При длине волны точка поворачивается на угол и переходит в точку а. Значение на рис. 56.15 выбрано специально так (и это основа наших рассуждений), что вектор, идущий из нулевой точки в точку со значением образует с отрицательной частью действительной оси угол, равный как раз Тогда значение вторым отрезком будет трансформироваться посредством поворота на в значение а, причем расположены зеркально по отношению к мнимой оси. Третий отрезок переводит а точно в точку

Таким же образом сопротивление трансформируется в сопротивление и при длине волны Следовательно, можно добиться того, чтобы трансформирующее звено на трех волнах, например: на средней преобразовывало сопротивление в сопротивление Частотная зависимость внутри этого диапазона

настолько мала, что при геометрическом построении, показанном на рис. 56.15, она не выявляется.

Расчет значения сопротивления для трех мало отличающихся друг от друга частот производится следующим, образом: при малом угле а дугу окружности, проходящую через точку можно рассматривать как прямую. Тогда фигура, образованная точками и (т. е. будет представлять собой треугольник с двумя небольшими углами основания, откуда следует, что

Из диаграммы трансформации (поворота вокруг точки для первого отрезка следует (см. 14.2):

где а — расстояние от прямой до единичного круга. Величину а можно вычислить, используя выражение (56.3):

Наконец, из выражений (55.2), (55.3) и (56.4) следует:

Таким образом, активное сопротивление с помощью устройства из трех последовательно включенных отрезков линии длиной (рис. 56.14) можно трансформировать в другое активное сопротивление с сохранением коэффициента трансформации в широком диапазоне частот (рис. 56.14) При этом для среднего отрезка следует выбирать волновое сопротивление и для отрезка подключенного непосредственно к сопротивлению волновое сопротивление которое можно рассчитывать из соотношения

где

Наконец, последний отрезок длиной должен иметь волновое сопротивление определяемое выражением для

Принципиально частотную зависимость можно ослабить еще больше, применяя четыре, пять и т. д. соответствующих отрезков длиной Необходимые волновые сопротивления можно также найти или с помощью геометрических построений в единичном круге или посредством расчета [63]. Следует, однако, иметь в виду, что на сантиметровых волнах наличие емкостей, обусловленных скачкообразным изменением поперечных размеров линии, делает необходимым некоторую коррекцию длин отдельных отрезков

Рис. 56.16. Кривая значений полных сопротивлений, полученная для устройства из двух отрезков линии длиной при широкополосной трансформации.

На рис. 56.13 полученная в результате компенсации кривая имеет пик в точке Если волновые сопротивления несколько изменить, например взять несколько меньшим, то этот пик превращается в петлю (рис. 56.16). Если требуется осуществить трансформацию в широкой полосе частот, то лучше использовать устройство, позволяющее получить петлю, так как в этом случае отклонения от номинальных значений можно сделать небольшими. Для каждого данного значения коэффициента трансформации и данной полосы частот имеется свой оптимальный вид петли, при которой рассогласование во всем диапазоне частот остается минимальным. В этом можно убедиться, производя соответствующие геометрические построения. То же самое справедливо и тогда, когда применяется три и более отрезков линии длиной Возможность находить с помощью геометрических построений петлю оптимального вида делает этот способ более предпочтительным по сравнению с чисто расчетным способом,

так как последний позволяет определить волновые сопротивления только для очень узких диапазонов частот.

Построения, представленные на рис. 56.12 и 66.13, справедливы не только для устройств с отрезками линий длиной но и для других четырехполюсников с действительными волновыми сопротивлениями, не зависящими от частоты.

Рис. 56.17. Х-звено с постоянным волновым сопротивлением.

Рис. 56.18. Широкополосное трансформирующее устройство.

В качестве примера можно указать на Х-звено, изображенное на рис. 56.17, которое на дециметровых волнах можно использовать в симметричных двухпроводных линиях. Такому X-звену также соответствует диаграмма трансформации эллиптического типа с действительной фиксированной точкой, отвечающим ей волновым сопротивлением и углом поворота

Если требуется трансформировать сопротивление то необходимые значения волновых сопротивлений -звеньев можно определять, используя рис. 56.12, 56.13 и 56.15. Так как на средней частоте угол а должен быть равен 180°, то для каждого -звена получается два условия, из которых вычисляются значения параметров Такие устройства имеют меньшую частотную зависимость, чем соответствующие отрезки длиной так как для последних угол поворота а пропорционален частоте, а для -звена согласно выражению 56.5 зависит от частоты в меньшей степени.

На рис. 56.18 показан другой вариант трансформирующего устройства для коаксиальной линии, которое в широкой полосе частот трансформирует активное сопротивление в другое активное сопротивление Это устройство состоит из отрезка линии длиной с волновым

сопротивлением частотная характеристика которого улучшается с помощью параллельного шлейфа разомкнутого на конце отрезка линии длиной включенного в точке последовательно с внутренним проводником линии. Принцип действия устройства поясняется диаграммой рис. 56.19. При длина параллельного шлейфа равна как раз четверти длины волны и поэтому представляет собой не вызывающее отражений бесконечно большое сопротивление. Разомкнутый на койце отрезок линии, введенный во внутренний проводник в точке на глубину, равную в этой точке оказывается замкнутым накоротко. Следовательно, при схема действует так, как будто бы имеется только трансформирующий отрезок длиной с волновым сопротивлением преобразующий сопротивление При отрезку с волновым сопротивлением соответствует угол поворота Параллельный шлейф в этом случае играет роль параллельно включенной индуктивности. Его волновое сопротивление можно выбрать так, чтобы сопротивление трансформировалось им в сопротивление Отрезок линии длиной с волновым сопротивлением трансформирует сопротивление в сопротивление Разомкнутый на «онце отрезок длиной подключенный в точке на волне представляет собой последовательно включенную емкость. При соответствующем значении волнового сопротивления этот отрезок будет трансформировать сопротивление в сопротивление

Рис. 56.19. Диаграмма, поясняющая принцип действия устройства (рис. 56.18).

При длине волны которой соответствует угол поворота параллельный шлейф эквивалентен емкости. Последняя трансформирует сопротивлением а отрезок линии длиной с волновым сопротивлением преобразует сопротивление Затем включенная в этом случае в точке 5 последовательная индуктивность, образуемая разомкнутым отрезком линии, трансформирует сопротивление Таким образом, с помощью данного устройства можно на трех частотах трансформировать

активное сопротивление в другое активное сопротивление причем так, что в диапазоне, содержащем эти частоты, получается очень слабая частотная зависимость.

При не очень жестких требованиях от параллельного шлейфа или от отрезка линии вводимого во внутренний проводник в точке (рис. 56.18), можно отказаться. Тогда волновое сопротивление оставшегося компенсирующего элемента следует несколько изменить так, чтобы вблизи волны ко для трансформированных значений сопротивления получилась не петля, а точка, как это показано на рис. 56.13.

Дополнения к вопросу о широкополосном согласовании

Как уже указывалось, принципиально в общем случае нельзя полностью скомпенсировать зависимость сопротивления нагрузки от частоты, не допуская при этом значительных потерь активной мощности [59, 60]. Применяя элементы с потерями, можно обычно получать хорошую компенсацию [64—66], но в большинстве случаев при согласовании желательно избегать потерь активной мощности. Число способов компенсации так велико, что описать все эти способы просто невозможно. Поэтому здесь остановимся еще только на общем способе решения задач согласования.

До сих пор при широкополосном согласовании предполагалось, что частотная характеристика сопротивления нагрузки известна и вопрос заключается в том, как можно ослабить существующую частотную зависимость. При более фундаментальных исследованиях целесообразнее поставить обратный вопрос: до какой степени вообще возможно улучшение частотной характеристики. В этом случае можно рассмотреть соответствующие варианты и выбрать оптимальные.

При этом следует поступать так, как это уже указывалось в § 18, т. е. взять однородную линию, подключить к ней со стороны генератора сопротивление, равное ее волновому сопротивлению, и определять в какие значения оно, будучи отнесенным к точке подключения нагрузки, преобразуется согласующим трансформатором, включенным между линией и нагрузкой. В результате получим некоторую кривую а (рис. 56.20), устанавливающую зависимость от частоты.

Согласно закону 13.2 это означает, что трансфор мирующее звено должно согласовывать с однородной линией в широкой полосе частот нагружу, значение которой в зависимости от частоты изменяется согласно кривой получающейся из кривой а путем замены точек последней точками с комплексно сопряженными значениями.

Рис. 56.20. Геометрическое место точек входного полного сопротивления (кривая а) и комплексно-сопряженного сопротивления (кривая Устройство, которое в зависимости от частоты преобразует сопротивление в то или иное сопротивление кривой а, при обратном включении преобразует сопротивление, изменяющееся согласно комплексносопряженной с а кривой в значение Следовательно, с помощью этого устройства можно полностью устранить частотную зависимость, выражаемую кривой

Это значит, что на каждой частоте сопротивлению должно соответствовать комплексно сопряженное сопротивление кривой а. Как уже говорилось, для всех кривых, выражающих частотные зависимости, увеличению частоты соответствует движение точки полного сопротивления в направлении по часовой стрелке. Это справедливо также и для кривой а (рис. 56.20).

Рис. 56.21. При определении вида компенсирующей схемы для сопротивления, изображаемого кривой а, последнюю можно приближенно представить в виде кривой для сопротивления нагрузки, согласованного с помощью уже известного трансформирующего звена. Степень приближения всегда можно оценить, воспользовавшись пояснениями к рис. 18.2. Из сравнения с рис. 56.13 видно, что кривая соответствует трансформирующему устройству, состоящему из двух отрезков

Поэтому для кривой 6 с комплексно сопряженными значениями полных сопротивлений увеличению частоты соответствует движение против часовой стрелки. Это означает, что частотные зависимости реальных сопротивлений нагрузки никогда нельзя точно выразить кривой а можно сделать это лишь приближенно.

Если имеются частотная характеристика сопротивления нагрузки и кривая (рис. 56.20), то оценку рассогласования можно произвести гак, как это описано в § 18.

Кривую а изменения сопротивления нагрузки (рис. 56.21) можно приближенно заменить, например,

кривой Кривую как это видно из рис. 56.13, получить сравнительно просто. Следовательно, описанное выше трансформирующее устройство, состоящее из двух отрезков линии длиной применявшееся для широкополосной трансформации активного сопротивления в активное сопротивление при соответствующем расчете можно использовать также для устранения зависимости сопротивлений от частоты.

В некоторых случаях кривые частотной зависимости можно заменить кривыми с несколькими петлями

ЛИТЕРАТУРА

(см. скан)

(см. скан)

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление