Согласование линии передачи с нагрузкой.

Задача согласования нагрузки с линией передачи заключается в компенсации отраженной от нагрузки (антенны) волны путем включения в определенном сечении линии дополнительной неоднородности, компенсирующей эти отражения. Если вещественная часть согласуемого сопротивления нагрузки равна нулю R_H = 0, т.е. нагрузка реактивная, то процедура согласования невозможна.

Согласованный режим линии характеризуется значением K_CT = 1 и является оптимальным для передачи сигнала. В этом режиме работы КПД линии максимален, нагрузка на генератор чисто активная и слабо зависит от частоты. На расчетной частоте f₀ согласованному режиму линии с волновым сопротивлением Z_в соответствует . Значение сопротивления соответствует входному сопротивлению в точке подключения согласующего устройства. Поэтому режим бегущей волны обеспечивается вдоль линии до согласующего устройства (рис.32).

Рис. 32

При отстройке от частоты f_0, К_CT возрастает и на границе рабочей полосы его величина должна удовлетворять условию . Значение максимального допустимого значения оговаривается для каждого класса устройства

в зависимости от предъявляемых требований. Так, для линий передач передающих трактов (например, тракт от генератора до излучателя) мощных ЛБВ, магнетронов, особенно полупроводниковых генераторов, обычно имеют . В то же время для приемных трактов это требование значительно ниже.

Для целей согласования используются различные типы согласующих устройств, которые по соображениям обеспечения максимального КПД тракта выполняются чаще всего из реактивных элементов. На практике используют методы узкополосного и широкополосного согласования.

В случае узкополосного согласования режим бегущей волны обеспечивается только на одной фиксированной частоте, а величина полосы частот, где К_CT остается достаточно малым зависит от частотных свойств нагрузки и согласующих элементов. В качестве согласующих элементов при узкополосном согласовании чаще всего используют трансформаторы сопротивлений в виде отрезков линий передач и параллельные реактивные шлейфы, а также на достаточно низких частотах могут использоваться сосредоточенные реактивные элементы.

Рис. 33

Для обеспечения максимальной полосы согласования необходимо иметь минимальную длину согласующего устройства и располагать его на минимальном расстоянии от нагрузки. В этом случае обеспечивается минимальная частотная зависимость сопротивлений в точке подключения согласующего элемента, и, рассогласование, вызванное изменением сопротивления, будет нарастать медленно. В экспериментальной установке реализуется метод узкополосного согласования с помощью короткозамкнутого параллельного реактивного шлейфа на двухпроводной линии.

Согласование с помощью реактивного шлейфа

Этот метод пригоден для любой нагрузки - активной или комплексной. Согласно этому методу в сечение линии Z₀₁ (рис 33), где входная проводимость (ее активная часть равна ,а реактивная часть ), включается реактивная проводимость, равная по величине B(z₀₁), но противоположного знака. В результате, в этом сечении реактивная проводимость компенсируется, и входное сопротивление оказывается равным .

Рис.33

На полуволновом отрезке линии всегда будут два сечения Z₀₁ и Z₀₂, где входное сопротивление допускает согласование реактивным шлейфом. Эти сечения всегда располагаются симметрично по обе стороны максимума распределения напряжения в линии (рис.33). Активная проводимость в этих сечениях равна , а реактивные проводимости имеют разные знаки. Если отсчет расстояния Z₀₁ вести от ближайшего к нагрузке максимума напряжения до точки включения шлейфа, то его величина может быть найдена из соотношения

(27)

а реактивность шлейфа

(28)

Для случая короткозамкнутого согласующего шлейфа его длина может быть выражена из

(29)

Выражения (26) - (28) позволяют рассчитать согласующее устройство для произвольной нагрузки. Исходные данные о величине К_CT о положении максимума напряжения относительно нагрузки обычно определяются экспериментальным путем, либо это расстояние от нагрузки до ближайшего максимума напряжения может быть определено из

(30)

В волноводах реактивный шлейф может быть заменен диафрагмой или штырем, реализующим необходимое реактивное сопротивление.