9.1.2. Устройства согласования сопротивлений

Если линия используется для передачи энергии сигнала в нагрузку, то основным режимом работы линии является режим бегущей волны. При этом, если сопротивление не равно волновому сопротивлению кабеля, то для обеспечения согласования используются различные устройства: короткозамкнутые или разомкнутые шлейфы, трансформаторы сопротивлений и др.

Наиболее часто для согласования линии с нагрузкой используются короткозамкнутые шлейфы и четвертьволновые трансформаторы сопротивления.

Короткозамкнутым шлейфом называется отрезок короткозамкнутой линии, подключаемый для согласования линии с нагрузкой. Такой шлейф подключается к линии вблизи нагрузки в точке, в которой входная комплексная проводимость линии со стороны нагрузки равна

. (9.4)

Схема подключения шлейфа показана на рис. 9.10а.

а) Согласование линии с нагрузкой с помощью шлейфа

б) Согласование с помощью четвертьволнового трансформатора

Рис. 9.10. Согласование линии с нагрузкой

Так как входное сопротивление короткозамкнутого шлейфа реактивное, то, подобрав его длину так, чтобы его входная проводимость была равна , получим суммарную проводимость в точке подключения шлейфа .

Таким образом, входное сопротивление линии в месте подключения шлейфа будет активное и равное волновому. В этом случае на участке линии от генератора до места включения шлейфа будет существовать только бегущая волна.

Если комплексный коэффициент отражения волны в линии , где Г₂ – модуль коэффициента отражения от конца линии, а Ф – его аргумент,

то место включения шлейфа можно определить, пользуясь уравнениями

. (9.5)

Для согласования линии с нагрузкой можно также использовать четвертьволновой трансформатор. Четвертьволновым сопротивлением называется отрезок линии длиной λ/4 с волновым сопротивлением ρ_тр = ρ, который включается между нагрузкой и источником, как показано на рис. 9.10, б. Место включения трансформатора выбирается таким образом, что бы входное сопротивление в месте включения было активным.

. (9.6)

При этом волновое сопротивление трансформатора можно определить, пользуясь выражением . Если трансформатор подключается непосредственно к нагрузке, то для компенсации реактивного сопротивления нагрузки, используются реактивные шлейфы, как показано на рис. 9.10, в.

9.2. Смесители диапазона свч

Смесители частоты выполняют математическую операцию перемножения сигналов и обеспечивают перенос спектра радиосигнала из одной области частотного диапазона в другую при сохранении спектра переносимого сигнала. Широко используется в супергетеродинных приемниках для получения ПЧ, в возбудителях и гетеродинах для переноса сетки стабильных частот в более высокий диапазон, в ретрансляторах для сдвига частоты передачи относительно частоты приема и т. д. Смеситель совместно с гетеродином (генератором) входит в состав преобразователя частоты. Для преобразования частоты используются нелинейные свойства диодов или транзисторов. Выводы диодов и транзисторов обладают паразитной индуктивностью, любой p-n переход, паразитной емкостью. Рассмотрим влияние индуктивности ввода и емкости p-n перехода на частотные характеристики диода.

Эквивалентная схема диода СВЧ показана на рис. 9.11,а. Здесь переход пред­ставлен дифференциальными параметрами — сопротивлением r=du/di м барь­ерной емкостью Cj — dq/du, потери в базе диода, омических переходах и вы­водах отображены последовательным сопротивлением потерь r_s, индуктивность выводов — L_s, конструктивная емкость между выводами при отсутствии кон­такта c диодной структурой - С_case.

Из-за падения напряжения на r_s и L_s приложенное к переходу напряже­ние оказывается меньше, чем подведенное к диоду, а емкость C_case шунтиру­ет его. Эти параметры называют паразитными. Типичные значения L_s и C_case — десятые доли наногенри и пикофарады, r_s — десятые доли или едини­цы ома. У бескорпусных диодов значения C_case и L_s, меньше примерно на по­рядок, благодаря чему их эффективность выше.

Свойства диода в основном определяются параметрами электрического пе­рехода и его вольт-амперной характеристикой (ВАХ). На рис. 9.11,6 показана примерная зависимость параметров перехода r и С_j,- от напряжения смещения. В соответствии с типом диода и назначением ТТУ, в котором он применяется, используется нелинейная зависимость сопротивления перехода r от прямого смещения или барьерной емкости C_j от обратного смещения. В первом случае диод называют варистором, во втором — варикапом или варактором.

Рис. 9.11. Эквивалентная схема диода и характеристики перехода

Инерционность электрических процессов в диоде зависит от постоянной времени τ=r_sC_j, поэтому для повышения частотного предела работы в боль­шинстве СВЧ диодов используют переходы с малыми поперечными размера­ми— точечные, барьерная емкость C_j которых не превышает десятых долей пикофарады.