- •Техническая электродинамика
- •Приборы и методики измерений в свч-диапазоне
- •Описание измерительной установки
- •Основные свойства и характеристики волн в вс
- •Экспериментальное определение коэффициента отражения от исследуемой нагрузки
- •Измерение малых кбв («метод вилки»)
- •Контрольные вопросы
- •Т-волны в длинных линиях
- •Плоская волна свободного пространства
- •Конфигурация силовых линий полей в длинных линиях
- •Вектор напряженности магнитного поля в т-волне
- •Вектор напряженности электрического поля в линии
- •Т-волны
- •Волны напряжения и тока длинной линии
- •Связь коэффициента отражения с сопротивлением нагрузки
- •Согласованная линия
- •Несогласованная линия
- •Режим стоячей волны
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Волны в волноводах
- •Волноводы. Два класса волн. Волновые уравнения
- •Мембранное и дисперсионное уравнения
- •Граничные условия
- •Поля в волноводе
- •Собственные функции и поперечные волновые числа
- •Критические частоты волноводных мод
- •Поля мод на частотах выше и ниже критической
- •Длина волны и фазовая скорость в волноводе
- •Волна основного типа прямоугольного волновода h01
- •Конфигурация силовых линий основного типа поля
- •Перенос мощности по волноводу
- •Режим бегущей волны
- •Режим смешанных волн
- •Элементы волноводного тракта, используемые в работе
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Трансформация сопротивлений отрезками длинных линий
- •Входное сопротивление линии
- •Свойства входного сопротивления линии
- •Короткозамкнутая линия
- •Отрезок линии как трансформатор сопротивления
- •Круговая диаграмма сопротивлений
- •Определение нормированной проводимости по нормированному сопротивлению с помощью круговой диаграммы
- •Привязка линии к диаграмме по кбв и минимуму напряжения.
- •Определение сопротивления нагрузки по кбв и местоположению минимума напряжения
- •Включение в линию передачи трансформирующих отрезков с волновым сопротивлением, отличным от волнового сопротивления основного тракта
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Волны в коаксиальной линии при произвольной нагрузке
- •Поле т-волны в коаксиальной линии
- •Погонные параметры коаксиальной линии
- •Коэффициент отражения и импеданс
- •Суперпозиция падающей и отраженной волн
- •Круговая диаграмма
- •Порядок выполнения работы
- •Расчет параметров коаксиальной линии
- •Расчет входных характеристик отрезка коаксиальной линии
- •Варианты заданий к работе
- •Контрольные вопросы
- •Одношлейфное согласование волновода с нагрузкой
- •Входная проводимость линии
- •Расчет входных сопротивлений и проводимостей в линиях с последовательными или с параллельными неоднородностями
- •Нормированные сопротивления и проводимости
- •Индуктивные и емкостные диафрагмы в волноводах
- •Проблема согласования нагрузки с линией передачи
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Исследование волноводных четырехполюсников с поперечными неоднородностями
- •Волноводные многополюсники и их матрицы рассеяния
- •Экспериментальное определение элементов s-матриц четырехполюсников с поперечной неоднородностью
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Согласование линии передачи с нагрузкой в пакете программmicrowaveoffice
- •Теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Содержание
Одношлейфное согласование волновода с нагрузкой
Цель работы:практическое осуществление одношлейфного согласования волновода с нагрузкой.
Для выполнения работы необходимо ознакомиться с теоретическим материалом 4.
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
и
кривыми
и
.
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: точку
на диаграмме проводимостей следует
брать на нижней вертикальной полуоси.
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
расстояние
получим 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![]()
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 как
Отношение 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 связь
и
с
(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
и
в
волноводах, то они в точности такие же,
как и в длинных линиях, поскольку
коэффициент отражения
в 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 число
рабочей моды:
