ЛЕКЦИЯ 34. СОГЛАСОВАНИЕ ЛИНИИ С НАГРУЗКОЙ

Задачи согласования линии передач с нагрузкой. Согласование с помощью реактивных шлейфов.

Задачисогласованиялиниипередачснагрузкой.

Выше было показано, что для получения неискаженной передачи сигналов, а также для достижения максимального коэффициента полезного действия необходимо, чтобы линия работала в режиме бегущих волн.

На практике нагрузкой линии может оказаться любое активное или комплексное сопротивление, не удовлетворяющее условию согласования

(ZH ≠ ZB ). В связи с этим возникает задача обеспечения бегущих волн в ли-

нии, нагруженной любым образом.

Задача согласования решается с помощью устройств, трансформирующих произвольное комплексное или активное сопротивление ZH в активное,

равное волновому ρ. Согласующее устройство, или трансформатор сопротивления, включается как можно ближе к нагрузке, чтобы по всей длине линии была только бегущая волна.

Согласованиеспомощьюреактивныхшлейфов.

Бегущая волна может быть получена в линии слева от сечения 1–1 (рис. 34.1, а) при условии, что проводимость в этом сечении Y11 является чисто активной и равной волновой проводимости YB = 1/ρ. Выполнение этого условия достигается с помощью реактивного шлейфа, предложенного В. В. Татариновым в 1931 г.

ЛЕКЦИЯ 34. СОГЛАСОВАНИЕ ЛИНИИ С НАГРУЗКОЙ

Задачи согласования линии передач с нагрузкой

Реактивный шлейф представляет собой короткозамкнутый или разомкнутый отрезок линии, имеющий чисто реактивное входное сопротивление (при отсутствии потерь). Короткозамыкающая перемычка делается подвижной, что позволяет изменением длины шлейфа менять величину его входной проводимости.

Когда линия не согласована, ее входное сопротивление и входная проводимость имеют активные и реактивные составляющие, изменяющиеся в зависимости от длины линии в больших пределах. Подобрав Х таким обра-

зом, чтобы в сечении 1–1 активная составляющая входной проводимости стала равной волновой YB = 1/ρ, получим в этом сечении (рис. 34.1, б) некоторую реактивную составляющую (например, емкостного характера). Для согласования линии необходимо скомпенсировать реактивную составляющую входной проводимости в сечении 1–1 с помощью параллельно подключенного короткозамкнутого отрезка линии длиной ШЛ , чтобы его входная

проводимость была равна по величине и противоположна по знаку реактивной составляющей входной проводимости Y11 (в нашем случае YШЛ должна иметь индуктивный характер). Эти две равные по величине и противоположные по знаку проводимости на рабочей частоте образуют параллельный колебательный контур (рис. 34.1, в), резонансное сопротивление которого ZK очень велико.

Поэтому можно считать, что нагрузкой линии в сечении 1–1 служит активное сопротивление, равное волновому сопротивлению линии, т. е. линия на отрезке от генератора до сечения 1–1 работает в режиме бегущих волн. На участке линии от сечения 1–1 до нагрузки линия работает в режиме смешанных волн. В короткозамкнутом шлейфе устанавливаются стоячие волны, пример распределения амплитуд напряжения в согласованной линии показан на рис. 34.1, г. Физическая сущность согласования состоит в том, что волны, отраженные от нагрузки и короткозамкнутого шлейфа, взаимно компенсируются в сечении 1–1.

Для согласования линии с помощью шлейфа необходимо определить расстояние Х от нагрузки до точки подключения шлейфа, а также длину

шлейфа ШЛ .

Выше было получено выражение для входного сопротивления линии в режиме смешанных волн

ZВХ = ρ ZH + jρtg((βx)) , ρ+ jZH tg βx

при ZH = RH

ЛЕКЦИЯ 34. СОГЛАСОВАНИЕ ЛИНИИ С НАГРУЗКОЙ

Задачи согласования линии передач с нагрузкой

Разделив вещественную и мнимую части комплексной входной проводимости, получим

водимости шлейфа и реактивной составляющей входной проводимости линии правее сечения 1–1:

а) для короткозамкнутого шлейфа

ЛЕКЦИЯ 34. СОГЛАСОВАНИЕ ЛИНИИ С НАГРУЗКОЙ

Задачи согласования линии передач с нагрузкой

На рис. 34.2 приведены графики для определения длины шлейфа и расстояния Х от максимума напряжения до точки его подключения, построен-

ные по последним выражениям.

Согласование с помощью одного реактивного шлейфа удобно при применении двухпроводных (открытых) линий, поскольку не возникает затруднений при перестройке такого устройства с переходом на другую рабочую волну.

λ

ШЛ КЗ

λ

Х

λ

ШЛ ХХ

λ

Кбв

Рис. 34.2

ЛЕКЦИЯ 34. СОГЛАСОВАНИЕ ЛИНИИ С НАГРУЗКОЙ

Задачи согласования линии передач с нагрузкой

Нагрузка

1 2

Плунжеры

Рис. 34.3

При использовании коаксиальных кабелей не представляет труда сделать регулируемой длину короткозамкнутого шлейфа (с помощью плунжера), однако очень трудно осуществить перемещение шлейфа вдоль кабеля, не нарушая устойчивости его экрана. В подобных случаях для согласования используются два неподвижных реактивных шлейфа (рис. 34.3).

В процессе согласования регулировкой длины второго шлейфа добиваются, чтобы активная составляющая входной проводимости в сечении 1–1 стала равной 1/ρ. Компенсация же реактивной составляющей проводимости в этом сечении достигается подбором длины первого шлейфа.

При заданной нагрузке и выбранных и Х искомыми величинами яв-

ляются ШЛ1 и ШЛ2 .

Входная проводимость в сечении 2–2 без учета второго шлейфа

с учетом второго шлейфа

YΣ22 = GH′ + j (BH′ + BШ2 ).

Эта входная проводимость является нагрузкой для сечения 1−1 на расстоянии .

ЛЕКЦИЯ 34. СОГЛАСОВАНИЕ ЛИНИИ С НАГРУЗКОЙ

Задачи согласования линии передач с нагрузкой

Входная проводимость в сечении 1–1 без учета первого шлейфа

с учетом проводимости первого шлейфа

YΣ11 = G11′ + j (B11′ + BШ1 ) = G11′ + jBΣ′11 .

Условия получения бегущей волны в линии слева от точки подключения первого шлейфа записываются в виде двух равенств:

т. е. двойной реактивный шлейф может применяться лишь при изменении сопротивления нагрузки в определенных пределах.

Длина шлейфов находится из условий:

ЛЕКЦИЯ 34. СОГЛАСОВАНИЕ ЛИНИИ С НАГРУЗКОЙ

Задачи согласования линии передач с нагрузкой

Нагрузка

Плунжеры

Рис. 34.4

Для согласования линии с любой нагрузкой применяется тройной реактивный шлейф (рис. 34.4). Расстояние между соседними шлейфами берут равным λ/8 или 3λ/8.

Процедура согласования с помощью такого устройства заключается в следующем. Длину одного из крайних шлейфов (например, третьего) берут равной λ/4. Тогда этот шлейф превращается в изолятор и не влияет на работу согласующего устройства, состоящего из двух других шлейфов (первого и второго).

Если согласования при таком включении шлейфов достигнуть не удается, то в изолятор превращают крайний левый шлейф (первый), а согласование производят регулировкой двух других шлейфов (второго и третьего). Оба варианта обеспечивают согласование линии при любой нагрузке.

Контрольныевопросы

1.С какой целью производится согласование линии с нагрузкой?

2.В чем заключается физическая сущность согласования реактивного

шлейфа?

3.Какова полоса согласования реактивного шлейфа?

4.В чем заключаются преимущества двойного и тройного реактивных шлейфов по сравнению с одним реактивным шлейфом?