6. Одношлейфное согласование волновода с нагрузкой

Цель работы:практическое осуществление одношлейфного согласования волновода с нагрузкой.

Для выполнения работы необходимо ознакомиться с теоретическим материалом 4.

1. Входная проводимость линии

Входная проводимость в сечении линии с координатой определяется как отношение комплексных амплитуд тока и напряжения в этом сечении:

(6.0)

Нормированная входная проводимость определяется как

(6.0)

где – волновая проводимость линии.

Из выражений (4.4) и (6.2) вытекает, что жестко связана с коэффициентом отражения:

(6.0)

Как следует из формул (6.1)–(6.3), закономерности поведения активных и реактивных входных проводимостей аналогичны закономерностям для активных и реактивных сопротивлений. В частности, для проводимости в сечениях линии, где формируются максимумы и минимумы напряжения, справедливы следующие выражения:

(6.0)

(6.0)

(см. рис. 4.2).

Трансформирующее действие отрезков линий в отношении проводимостей описывается формулой пересчета, вытекающей из (4.7, а):

Практически пересчеты проводимостей выполняют с помощью круговых диаграмм проводимостей. Техника пересчетов проводимостей ничем не отличается от техники пересчета сопротивлений, нужно лишь считать кривые икривымии. Единственное отличие появляется в привязке линии к диаграмме по КБВ и минимуму (максимуму) напряжения. На диаграмме проводимостей линией минимумов является нижняя вертикальная полуось, а линией максимумов – верхняя полуось. Это связано с тем, что в сечении линии, где формируется максимум напряжения, проводимость (чисто активная) равна КСВ. В точках минимума напряжения (нижняя полуось) проводимость линии чисто активная и равная КБВ. Поэтому слегка видоизменяется процедура обработки результатов при измерении проводимости нагрузки: точкуна диаграмме проводимостей следует брать на нижней вертикальной полуоси.

2. Расчет входных сопротивлений и проводимостей в линиях с последовательными или с параллельными неоднородностями

Если в линию передачи вводятся неоднородности, то на эквивалентных схемах они представляются более или менее сложными комбинациями сосредоточенных элементов, включенных в линию. Простейшими среди них являются последовательные или параллельные элементы (рис. 6.1, а,б). Далее рассматривается случай, когда параллельная неоднородность включается в линию на некотором расстоянииlот известной оконечной нагрузки (рис. 6.1,в) и необходимо рассчитать входную проводимость в сечении А.

Задача.

В схеме рис. 6.1, в:

Найдите .

Решение.На круговой диаграмме проводимостей наносим точку Н, соответствующую(рис. 6.2). Через эту точку проходит окружность фиксированного КБВ = 0,2. Из точки Н следует совершить переход в точку А, т. е. в направлении к генератору. Отсчет по шкале перемещений для точки Н: 0,064. Добавляя к нему относительное расстояниеполучим 0,064+0,167 = 0,231 – отсчет, соответствующий точке А. Проводим через него и центр диаграммы луч; точка его пересечения с окружностью КБВ = 0,2 дает точку А. С кривых, проходящих через А. считываем величины активной и реактивной части трансформированной проводимости: 3,8 и 2,2. Складывая это число с, получим

3. Нормированные сопротивления и проводимости

Лабораторная работа проводится с использованием волноводных линий передачи. Одной из характерных особенностей волноводных волн является то, что для них невозможно ввести понятие волны «напряжения и тока», опираясь на единообразный подход, пригодный для любых волноводов и любых типов волн и них. Этим волноводные моды в корне отличаются от Т-волн, для которых существует универсальный способ введения понятий напряжения и тока (см. 2.6).

Указанная особенность не позволяет дать корректное определение понятию «волновое сопротивление волновода» как отношению напряжения волны к току волны. Несмотря на это, в теории волноводов все же широко пользуются понятиями входных сопротивлений и проводимостей, но речь идет только о нормированных (безразмерных) сопротивлениях и проводимостях. Нормированное сопротивление входит в теорию волноводов через коэффициент отражения. Допустим, в волноводе в условиях одномодового режима распространяются прямая и обратная волны, амплитуды которых относительно нормированных волн равны и. Продольные распределения электрического поля этих волн записываются какОтношение этих величин и есть коэффициент отражения:

где – комплексные амплитуды падающей и отраженной волн на нагрузке (на конце волновода);– продольная координата, отсчитываемая от конца волновода (от нагрузки) в сторону генератора.

Эта величина имеет совершенно четкий физический смысл и применима к любым модам. Входное нормированное сопротивление и входная нормированная проводимость волновода вводятся через с помощью формул теории длинных линий, выражающих жесткую связьис(см. (4.4) и (6.3)).

Таким образом, связи (4.4) и (6.3) не вытекают из самой теории волноводов, а привносятся в нее извне – из теории длинных линий. Поэтому нормированная входная проводимость для волновода – величина вторичного характера, определяемая по аналогии с длинными линиями с помощью (6.3).

Аналогичным образом понятие нормированного сопротивления (проводимости) распространяется и на волноводные нагрузки.

Основная причина, по которой нормированные проводимости и сопротивления волноводов широко используются на практике, состоит в желании распространить на волноводы те методы расчета, которые разработаны в теории длинных линий с использованием этих понятий.

Что касается закономерностей поведения ив волноводах, то они в точности такие же, как и в длинных линиях, поскольку коэффициент отраженияв любых линиях передачи ведет себя совершенно одинаково. Полностью переносятся на волноводы методы расчета по круговым диаграммам. Следует лишь учитывать, что волновым числом здесь является продольное волновое числорабочей моды: