Способы узкополосного согласования. Узкой принято считать полосу частот 2Df, составляющую единицы процентов от средней частоты f0

Узкой принято считать полосу частот 2D f, составляющую единицы процентов от средней частоты f ₀. В этой полосе должен быть обеспечен допустимый уровень согласования K _св < K _свдоп.

Типичный график зависимости K _св тракта от частоты представлен на рис.1. Конкретное значение K _{св доп} определяется назначением и типом тракта, условиями его эксплуатации и лежит в пределах 1,02... 2.

В узкой полосе частот в качестве согласующих элементов используются следующие устройства: четвертьволновый трансформатор, последовательный шлейф, параллельный шлейф, два и три последовательных или параллельных шлейфа.

Такие согласующие устройства используются в линиях передачи различных типов (двухпроводных, коаксиальных, полосковых, волноводных и т.п.). Тип линии передачи определяет конкретную конструкторскую реализацию этих устройств.

Рис. 1. Типичная зависимость K _св тракта от частоты

Четвертьволновый трансформатор. Это устройство представляет собой четвертьволновый отрезок линии с волновым сопротивлением W _тp ¹ W, включенным в разрыв основной линии передачи.

Принцип работы такого согласующего устройства основан на трансформирующем свойстве четвертьволнового отрезка линии, которое в рассматриваемом случае примет вид:

Z _вх(z ₀) Z _вх(z ₀ + l_л / 4) = W ²_тp,

где Z _вх(z ₀) - входное сопротивление линии, нагруженной сопротивлением нагрузки Z _н, в месте подключения трансформатора z ₀
(рис. 2); Z _вх(z ₀ + l_л / 4) – входное сопротивление четвертьволнового трансформатора в сечении (z ₀ + l_л / 4) с подключенным к нему отрезком линии длиной z ₀, нагруженной сопротивлением нагрузки Z _н.

Рис.2.Согласование линии с нагрузкой с помощью четвертьволнового трансформатора

Условия согласования требуют, чтобы Z _вх(z ₀ + l_л / 4) = W, т. е. Z _вх(z ₀) W = W ²_тp.

Отсюда следует, что Z _вх( z ₀) должно быть чисто действительной величиной:

Z _вх(z ₀) = R _вх(z ₀).

Таким образом, четвертьволновый трансформатор для согласования может включаться в таких сечениях линии z ₀, в которых входное сопротивление линии чисто активное. Входное сопротивление линии чисто активное в сечениях линии, где напряжение достигает максимума или минимума. Поэтому четвертьволновый трансформатор включается в максимумах или минимумах напряжения и его волновое сопротивление определяется соотношением:

.

В максимумах напряжения R _вх= WK _св, поэтому при включении трансформатора в максимум напряжения его волновое сопротивление
W _тp > W. В минимумах напряжения R _вх= W / K _св, поэтому при включении трансформатора в минимум напряжения W _тp< W.

Таким образом, выбор места включения трансформатора (максимум или минимум напряжения) определяет соотношение его волнового сопротивления с волновым сопротивлением линии, а это, в свою очередь, определяет соотношение геометрических размеров поперечного сечения трансформатора и линии.

Последовательный шлейф.

Согласующее устройство в виде последовательного шлейфа представляет собой отрезок обычно короткозамкнутой линии длиной l _ш, с волновым сопротивлением W, который включается в разрыв одного из проводов линии (рис. 3). СОГЛАСОВАНИЕ ДОСТИГАЕТСЯ ПОДБОРОМ МЕСТА ВКЛЮЧЕНИЯ ШЛЕЙФА В ЛИНИЮ Z _Ш И ДЛИНЫ ШЛЕЙФА L _Ш.

Недостаток такого способа согласования состоит в том, что при изменении нагрузки изменяется не только длина шлейфа, но и место его включения в линию. Конструктивно это крайне неудобно.

Параллельный шлейф. Согласующее устройство в виде параллельного шлейфа показано на рис. 4. Как и в предыдущем случае, согласование достигается подбором места включении шлейфа z _шв линию и длины шлейфа l _ш. Условие согласования имеет вид

Y _вх(z _ш) + jB _ш(l _ш) = 1/ W,

где Y _вх(z _ш) = 1/ Z _вх(z _ш) = G _вх(z _ш) + jB _вх(l _ш) – входная проводимость линии в месте подключения шлейфа; G _вх, B _вх– активная и реактивная части входной проводимости линии; B _ш(l _ш) – реактивная проводимость шлейфа длиной l _ш. Отсюда находим:

G _вх(z _ш) = 1/ W; (1)

B _ш(l _ш) = - B _вх(z _ш). (2)

Из (1) и (2) следует, что ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ ШЛЕЙФ НУЖНО ВКЛЮЧАТЬ В ТАКОМ СЕЧЕНИИ ЛИНИИ, В КОТОРОМ АКТИВНАЯ ЧАСТЬ ВХОДНОЙ ПРОВОДИМОСТИ ЛИНИИ РАВНА ВОЛНОВОЙ ПРОВОДИМОСТИ, А ДЛИНУ ШЛЕЙФА СЛЕДУЕТ ВЫБИРАТЬ ТАК, ЧТОБЫ ЕГО РЕАКТИВНАЯ ПРОВОДИМОСТЬ КОМПЕНСИРОВАЛА РЕАКТИВНУЮ ЧАСТЬ ВХОДНОЙ ПРОВОДИМОСТИ ЛИНИИ.

Недостатки параллельного шлейфа такие же, как и у последовательного: при изменении нагрузки изменяются длина шлейфа и место его включения в линию. В экранированных линиях менять место включения шлейфа конструктивно неудобно. Поэтому в качестве согласующего устройства применяют два и три последовательных или параллельных шлейфов.