книги из ГПНТБ / Учебник механика военно-воздушных сил. Радиооборудование самолетов

Величина полосы пропускания зависит от добротности контура и определяется выражением

димо применять контуры с высокой добротностью, а для получения широкой полосы пропускания контуры дол­ жны иметь низкую добротность.

При конструировании радиоаппаратуры колебатель­ ные контуры рассчитываются таким образом, чтобы каж­ дый контур имел полосу пропускания, соответствующую тому спектру частот, который характерен для данного вида передачи. При полосе пропускания контура, зна­ чительно меньшей ширины спектра передатчика, полу­ чаются значительные искажения за счет сильного ослаб­ ления боковых частот. При широкой полосе пропускания контура указанных искажений не будет, но возможны помехи от радиостанций, работающих на близких ча­ стотах.

3. ВЫНУЖДЕННЫЕ КОЛЕБАНИЯ В СВЯЗАННЫХ КОНТУРАХ

У одиночных контуров форма резонансных характе­ ристик отлична от прямоугольной. Относительно невы­ сока# крутизна боковых скатов резонансной кривой одиночного контура препятствует четкому разделению сигналов по частоте. Для повышения избирательности в радиоаппаратуре широко используются сложные коле­ бательные системы, составленные из нескольких коле­ бательных контуров, различным образом связанных ме­ жду собой. Наибольшее распространение получили си­ стемы из двух связанных контуров.

В связанной системе энергия последовательно Пере­ дается из одного контура в другой. Контур, подключен­ ный непосредственно к источнику переменной ЭДС, на­ зывается первичным, а контур, возбуждающийся от

3Q

первичного, — вторичным. Источник ЭДС может быть подключен к первичному контуру последовательно или параллельно.

Виды связи

Связь между контурами бывает индуктивная, емко­ стная и гальваническая.

Индуктивная связь может быть подразделена на трансформаторную и автотрансформаторную. При транс­ форматорной связи (рис. 1.10, а) энергия из первичного контура во вторичный пере­ дается благодаря взаимоиндук­

ции между катушками L\ и L2. В первичном контуре протекает ток под воздействием ЭДС ис­ точника. Вокруг катушки Т2 создается переменное магнит­ ное поле, которое индуктирует в ней ЭДС £ 2. Под действием этой ЭДС во вторичном конту­ ре протекает ток /2. Величина ЭДС, наводимой во вторич­ ном контуре, будет равна

31

является ЭДС Е2 вторичного контура. Величина ЭДС, наводимой во вторичном контуре, будет равна

Е2 — / і0->£сн.

Емкостная связь бывает внешней и внутренней. При внешней емкостной связи (рис. 1.10, в) напряжение на конденсаторе Сі распределяется между конденсатором Ссв и вторичным контуром. Чем больше емкость кон­ денсатора связи, тем меньшее напряжение падает на нем, следовательно, тем больше Е2. При внутренней емкостной связи (рис. 1.10, а) элементом связи служит конденсатор Ссв, входящий' в цепи обоих контуров. Ток первичного контура создает на конденсаторе связи па­ дение напряжения, котопое является ЭДС Е2 для вто­ ричного контура. Эта ЭДС определяется выражением

В некоторых случаях применяется комбинированная индуктивно-емкостная связь (рис. 1.10, д). Кроме разо­ бранных случаев, иногда применяетсягальваническая связь между контурами. В этом случае элементом связи служит активное сопротивление /?0, входящее в цепи обоих контуров. Величина ЭДС во вторичном контуре выражается формулой E2 — IiRo-

Степень связи

Процессы в связанных контурах зависят от степени связи между ними. Различают три степени связи: сла­ бую, сильную и критическую. Первичный контур полу­ чает энергию непосредственно от источника, а затем часть ее передает вторичному контуру. Это равноценно введению добавочного сопротивления в первичный контур.

Если энергия передается безвозвратно, то вносимое добавочное сопротивление в первичный контур ARi бу­ дет активным сопротивлением. Слабая связь (AR\<Ri) означает, что большая часть энергии от источника со­ держится в первичном контуре и меньшая во вторич­ ном. При критической связи (ДДі=Ді) энергия источ­ ника распределяется поровну в обоих контурах, а при

32

сильной связи (Д/?,>Я,) большая часть энергии пере­ дается во вторичный контур. Для индуктивной связи вносимое сопротивление определяется выражением

D

~~уГ “ъ

Z2

где І 2 — полное, а % — активное сопротивление вторич­ ного контура.

Отсюда следует, что вносимое сопротивление зависит от сопротивления связи, полного и активного сопротив­ лений вторичного контура. Приведенное выражение для любого вида связи может быть представлено в виде

и реактивное сопротивление ДЛЬ определяемое выра­ жением

Z 2

где Л2— реактивное сопротивление вторичного контура

Знак минус означает, что реактивное сопротивление из вторичного контура вносится в первичный с обрат­ ным знаком. Следовательно, при емкостном характере сопротивления вторичного контура вносимое сопротив­ ление в первичный контур будет по характеру индуктив­ ным и, наоборот, при индуктивном характере сопротив­ ления вторичного контура вносимое сопротивление в первичный контур будет по характеру емкостным. Вза­ имное влияние реактивных вносимых сопротивлений необходимо учитывать при настройке контуров системы.

Настройка связанных цепей

Для получения максимального тока во вторичном контуре необходимо настроить контуры связанной си­ стемы. Для этого могут быть использованы три метода: метод первого частного резонанса, второго частного ре­

зонанса и полного резонанса. Для пояснения различных методов настройки обратимся к схеме, приведенной на рис. І.ІО,«. Допустим, что контуры расстроены и связь между ними произвольная. При настройке только пер­ вичного контура на частоту источника будут наблю­ даться максимальные токи в обоих контурах. Такую на­ стройку принято называть первым частным резонансом. Методом второго частного резонанса называется такой метод настройки, когда настраивается только вторич­ ный контур. При этом ток во вторичном контуре будет максимальным. Оба метода хотя и позволяют добиться максимальных токов во вторичном контуре, но этот мак­ симум обычно бывает невелик, так как связь между контурами не подобрана. Поэтому наилучшие резуль­ таты получаются тогда, когда, помимо настройки кон­ туров, подбирают наивыгоднейшую связь между ними. Это достигается при методе полного резонанса.

Полный резонанс получается при настройке каждого из контуров порознь на частоту источника и при под­ боре оптимальной связи. В этом наиболее важном для практики случае достигается самое большое значение тока во вторичном контуре (/ максимум максиморум). Численное значение этого тока определяется формулой

Если конструкция двухконтурной системы позволяет регулировать связь, то первоначальную настройку каж­ дого из контуров можно производить при очень слабой связи, не нарушая схемы. В случае постоянной связи настройку каждого из контуров целесообразно произво­ дить при разомкнутом другом контуре. Форма резонанс­ ной кривой (двух связанных контуров) зависит от степени связи (рис. 1.11,а). При слабой и критической связи формы резонансных кривых цепи получаются та­ кие же, как и у одиночного контура (кривые 1 и 2 со­ ответственно). При связи больше критической резонанс­ ная кривая получается двугорбой (кривая 5). Это объ­ ясняется тем, что вносимое сопротивление становится больше сопротивления R і и токи в обоих контурах

34

уменьшаются. При изменении частоты источника в обе стороны от резонанса ток во вторичном контуре увели­ чивается и при некоторых частотах /' и /", называемых резонансными частотами связи, достигает максималь­ ного значения. При дальнейшей расстройке сопротив­ ление вторичного контура сильно увеличивается и ток в нем резко падает.

Рис. І.П. Резонансные характеристики связанных колебательных контуров:

При использовании связанных контуров в качестве полосовых фильтров обычно применяют критическую связь, при которой резонансная кривая имеет форму, наиболее благоприятную для равномерного пропуска­ ния частот в пределах полосы 2Д/, Это видно из рис. І.1І, б, на котором совмещены для сравнения резо­ нансные кривые для одиночного контура (штриховая кривая) и для двухконтурной схемы (при критической связи) при одной и той же полосе пропускания. Таким образом, двухконтурная связанная система обладает лучшей избирательностью, чем одиночный контур.

Экранирование

Выше рассматривались полезные связи между кон­ турами. Кроме полезных, могут быть и нежелательные (паразитные) связи, которые возникают вследствие ин-

дуктивного или емкостного взаимодействия между кон­ турами и различными параллельно расположенными со­ единительными проводами. Часто в результате влияния паразитной связи нарушается нормальный рабочий про­ цесс. Для ослабления паразитных связей между отдель­ ными элементами радиоцепей последние помещают в экраны, изготовленные из металла, обладающего хоро­ шей проводимостью (медь, латунь, алюминий и др.).

Переменное магнитное поле катушки, закрытой та­ ким экраном, возбуждает в его стенках вихревые токи, поле которых препятствует проникновению поля в глубь стенок экрана и, следовательно, за его пределы. За счет вносимых сопротивлений экран ухудшает доброт­ ность катушки и уменьшает ее индуктивность. Чтобы избежать сильного изменения параметров катушки, стенки экрана стремятся располагать не ближе 5 мм от витков катушки.

Экраны, присоединенные к общему проводу (корпу­ су), ослабляют связь, вызванную паразитной емкостью между двумя контурами (рис. 1.12,а). Емкостный ток,

а

Рис. 1.12. Экранирование элементов контуров:

а — обычное: б — электростатическое

меньше сопротивления емкости, то на нем не создается заметного падения напряжения. Поэтому емкости Cnj

и Сп> и первичный контур не находятся под напряже­

нием, действующим со стороны вторичного контура. На вторичный же контур не действует напряжение Ь х.

Если между контурами необходимо устранить только емкостную связь, но оставить индуктивную, то исполь­

36

зуют электростатический экран (рис. 1.12, 6), в котором из-за отсутствия замкнутых цепей с небольшим сопро­ тивлением вихревые токи весьма малы.

§ 3. ЦЕПИ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ

цепями в радиотехнике находят широкое применение также и цепи (например, двухпроводные линии пере­ дачи энергии), не содержащие сосредоточенных пара­ метров. В таких цепях индуктивность L, емкость С, со­ противление R и проводимость G непрерывно распреде­ лены вдоль длины цепи.

Следует заметить, что всякая электрическая цепь, помимо сосредоточенных параметров, имеет и некоторые распределенные параметры. Таковы, например, пара­ метры соединительных и монтажных проводов, межвитковая емкость катушки индуктивности и т. п.

По мере укорочения длины волны X электромагнит­ ных колебаний и приближения ее величины к геометри­ ческой протяженности цепи значительно возрастает роль распределенных параметров и ими уже нельзя пре­ небрегать, если даже цепь содержит и сосредоточенные параметры.

Особенно важную.роль приобретает изучение цепей с распределенными параметрами для техники ультра­ коротких волн. Для диапазонов этих волн применяются почти исключительно системы с распределенными па­ раметрами. К ним относятся различные линии передачи электромагнитной энергии, антенные системы, колеба­ тельные системы генераторов сверхвысокой частоты

и др.

Основными видами цепей с распределенными пара­ метрами являются двухпроводные и коаксиальные ли­ нии, а также волноводы. На рис. 1.13, а показаны двух­ проводная воздушная линия, а на рис. 1.13,6 — коакси­ альные линии.

Если параметры по длине линии распределены рав­ номерно, т. е. равные промежутки линии имеют равные

37

параметры, то такие линии называются однородными. В однородных линиях удобнее всего пользоваться пара­ метрами, отнесенными к единице длины линии. Принято погонные параметры линии измерять: сопротивле­ нием R 1— в омах на метр (ом/м)\ индуктивностью Lx—

Линию с распределенными постоянными можно за­ менить эквивалентной схемой цепи, составленной из большого количества элементарных ячеек с сосредото­ ченными параметрами, каждая из которых заменяет очень малые участки линии. В линиях, используемых на высоких частотах, индуктивное сопротивление значи­ тельно больше R 1, емкостная проводимость шСі значи­ тельно больше G1, поэтому величинами R x и Gі по срав­ нению с Z-i и Сі можно пренебречь. Такие линии назы­ ваются идеальными, или линиями без потерь. Эквива-

38

лентная схема малого участка (одной ячейки) линии изображена на рис. 1.14,6. Если индуктивность малого участка линии отнести к одному проводу, то эквивалент­ ная схема примет вид, приведенный на рис. 1.14, в. Таким

(рис. 1.14,г). Один конец линии, к которому подводится

1. ПРОЦЕССЫ В ДВУХПРОВОДНОЙ БЕСКОНЕЧНО ДЛИННОЙ ЛИНИИ

Пусть ко входу длинной линии без потерь, характе­ ризуемой погонными параметрами L\ и Си подключен источник постоянного напряжения величиной U в неко­ торый момент времени to (рис. 1.15,а). Если бы прово­ да линии не обладали индуктивностью, то все распреде­ ленные вдоль линии элементарные конденсаторы мгно­ венно (в момент ^о) зарядились бы до напряжения U. Так как отдельные элементарные конденсаторы разде­ лены индуктивностями (рис. 1.15,.б), то зарядный про­ цесс протекает вдоль линии не мгновенно, а с некоторой конечной постоянной скоростью ѵ. Величина этой ско­ рости зависит от погонных параметров идеальной ли­ нии Li и Сі и определяется выражением

1

(1.22)

]/~LtC1

Погонные параметры линии в свою очередь зависят от типа и размеров линии, а также от свойств среды, окружающей ее.

39