Пред.
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 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374 375 376 377 378 379 380 381 382 383 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 395 396 397 398 399 400 401 402 403 404 405 406 407 408 409 410 411 412 413 414 След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO
56. ШИРОКОПОЛОСНОЕ СОГЛАСОВАНИЕОбщие положенияКомплексные 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 зависимостиНа 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 резонансный контур (рис. 56.3), параметры
Тогда на частоте
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 Расчет параметров 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
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 Если после этого к устройству подключить линейный трансформатор, который имеет коэффициент трансформации
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 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
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 Тогда на частоте компенсации частотной зависимости необходим коэффициент трансформации
Рис. 56.8. Вспомогательная кривая для расчета компенсирующего устройства, изображенного на рис. 56.7. С помощью ее можно установить, что для требуемого значения Согласно рис. 28,2,б для взаимной компенсации отражений на частоте частотную зависимость, нужно ближайшую к антенне симметричную диафрагму схемы «последовательного включения расположить на расстоянии, равном 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 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 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 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 Предположим, что сопротивление нагрузки, подключаемой к линии, на средней частоте
Рис. 56.9. Устранение частотной зависимости посредством применения отрезка линии длиной На частоте На рис. 56.9 показан случай, когда волновое сопротивление 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 После того как получено полное согласование на частотах 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 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 Широкополосные трансформирующие звеньяПри 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 На очень коротких волнах трансформацию при переходе от коаксиальной линии с волновым сопротивлением
Рис. 56.12. Трансформация сопротивлений с помощью четвертьволнового отрезка линии. При изменении частоты на Для трансформации чисто активного сопротивления Частотную зависимость можно значительно ослабить, применив два отрезка линии длиной
Рис. 56.13. Широкополосная трансформация сопротивлений с помощью двух четвертьволновых отрезков лииии.
Рис. 56.14. Широкополосное трансформирующее устройство из трех отрезков линии длиной При Очевидно, что, применяя более двух отрезков
отобразить на единичный круг. Это означает, что вместо значений комплексных сопротивлений R целесообразнее воспользоваться нанесенными на комплексную плоскость значениями
и при
Итак, значения сопротивлений
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 можно предположить, что средний отрезок При значении волнового сопротивления Первый отрезок Таким же образом сопротивление настолько мала, что при геометрическом построении, показанном на рис. 56.15, она не выявляется. Расчет значения сопротивления
Из диаграммы трансформации (поворота вокруг точки
где а — расстояние от прямой
Наконец, из выражений (55.2), (55.3) и (56.4) следует:
Таким образом, активное сопротивление
где
Наконец, последний отрезок длиной
Принципиально частотную зависимость можно ослабить еще больше, применяя четыре, пять и т. д. соответствующих отрезков длиной
Рис. 56.16. Кривая значений полных сопротивлений, полученная для устройства из двух отрезков линии длиной На рис. 56.13 полученная в результате компенсации кривая имеет пик в точке 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
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
Если требуется трансформировать сопротивление На рис. 56.18 показан другой вариант трансформирующего устройства для коаксиальной линии, которое в широкой полосе частот трансформирует активное сопротивление сопротивлением
Рис. 56.19. Диаграмма, поясняющая принцип действия устройства (рис. 56.18). При длине волны активное сопротивление При не очень жестких требованиях от параллельного шлейфа или от отрезка линии Дополнения к вопросу о широкополосном согласованииКак 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 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
Рис. 56.20. Геометрическое место точек входного полного сопротивления (кривая а) и комплексно-сопряженного сопротивления (кривая Это значит, что на каждой частоте сопротивлению
Рис. 56.21. При определении вида компенсирующей схемы для сопротивления, изображаемого кривой а, последнюю можно приближенно представить в виде кривой 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 Если имеются частотная характеристика сопротивления нагрузки и кривая Кривую а изменения сопротивления нагрузки (рис. 56.21) можно приближенно заменить, например, кривой В некоторых случаях кривые частотной зависимости можно заменить кривыми ЛИТЕРАТУРА(см. скан) (см. скан)
|
1 |
Оглавление
|