2.4. Втрати в лінії з неузгодженим навантаженням
При передачі енергії генератора до навантаження втрати в лінії визначаються за виразом:
,
дБ, (2.15)
де ℓ – геометрична довжина лінії між генератором і навантаженням;
α – стала загасання хвилі, що розглядається.
За відсутності відбиття за формулою (2.15) втрати дорівнюють:
,
дБ. (2.16)
Чим більше величина |Г|, тим, згідно з виразом (2.7), більші втрати і менший коефіцієнт корисної дії передачі.
Стала загасання для хвилі основного типу H10 може бути визначена за рівнянням:
, (2.17)
де σсm – провідність матеріалу стінки хвилеводу;
ε0 – діелєктрична проникність вакууму.
За співвідношенням (2.17) можна розрахувати загасання в хвилеводах, виконаних з неферомагнітного матеріалу.
2.5. Робота електронних приладів нвч при неузгодженому навантаженні
Залежність пробивної потужності і втрат у лінії передачі від узгодження з навантаженням сама по собі вказує на необхідність роботи активних приладів НВЧ при узгодженому навантаженні. Узгодження відіграє особливо важливу роль для якісної роботи потужних джерел НВЧ коливань. Однак існують і інші причини, через які вимоги до узгодження навантажень активних приладів стають жорсткими.
При зміні опору навантаження, на яке працюють активні прилади, в більшості випадків спостерігаються зміни як потужності, так і частоти, що генерується. Це явище прийнято називати затягуванням частоти. Так, наприклад, при КСХ, яка дорівнює 1,5, частота коливань, що генеруються магнетроном трисантиметрового діапазону, може змінитися на 15 МГц.
Максимально допустима величина КСХ для багатьох потужних генераторів не перевищує 1,5. У цьому режимі стабільність частоти знаходиться в допустимих границях при достатній величині потужності, яка віддається.
З викладеного випливає, що у більшості випадків доводиться вирішувати проблеми одержання найкращого узгодження окремих ланок і високочастотних трактів у цілому.
2.6. Методи та пристрої узгодження в трактах нвч
Забезпечення узгодження є однією з найпоширеніших задач техніки надвисоких частот. Необхідність узгодження має місце у тих випадках, коли з передавальною лінією з'єднується неузгоджене навантаження або при з'єднанні ліній з різними хвильовими опорами.
Принципи узгодження можна пояснити за допомогою рис. 2.1.
Якщо опір навантаження не дорівнює хвильовому опору, то поблизу навантаження треба ввімкнути узгоджуючий чотириполюсник, що трансформує активний 1 реактивний опори навантаження з перерізу "вг" у
переріз "аб" до величини:
Рис. 2.1. Узгоджуючий чотириполюсник в лінії передачі з довільним навантаженням
Таку трансформацію, що усуває відбиті хвилі, можна виконати двома методами:
1. Метод створення додаткових відбиттів, сумарна амплітуд яких дорівнює амплітуді відбитої хвилі від пристрою, що узгоджується, а фаза відрізняється на 180°, тобто Uвідб = U′відб = U″відб = 0
Такий метод реалізує недисипативний чотириполюсник, який має властивості ідеального трансформатора, що перетворює високочастотні напруги, струми та повні опори з перерізу "вг" у переріз "аб" (див. рис. 2.1) без внесення активних втрат. Такий вид узгоджуючих пристроїв одержав назву трансформаторів повних опорів.
Як найпростіші фіксовані трансформатори типу шунтуючих реактивних провідностей застосовуються індуктивні та ємнісні діафрагми, індуктивні, ємнісні та резонансні штирі, одно- і багатошлейфові трансформатори, а також пластинчасті діелектричні трансформатори повних опорів.
Для узгодження ліній передачі з різними хвильовими опорами використовуються чвертьхвильові трансформатори (переходи). Для такого узгодження часто також застосовуються фіксовані трансформатори у вигляді відрізка неоднорідних ліній передачі. Прикладом таких трансформаторів є конічний і експоненціальний переходи, які можна віднести до граничного випадку багатосхідчаотого чвертьхвильового трансформатора.
2. Метод поглинання відбитої хвилі, який базується на ввімкненні перед навантаженням або іншим пристроєм, що узгоджується, поглинаючого чотириполюсника. Чотириполюсник може бути як взаємним (наприклад фіксований атенюатор), так і невзаємним (феритовий вентиль). Узгодження за допомогою поглинаючого чотириполюсника (взаємного) можна застосовувати лише у тому випадку, коли втрати потужності в тракті не відіграють вирішальної ролі, наприклад, у вимірювальних трактах. Значно кращі результати з енергетичної точки зору дає невзаємний чотириполюсник, наприклад феритовий вентиль. Загасання, яке вноситься вентилем для хвилі, що падає у прямому напрямку (до навантаження), у багато разів менше, ніж для хвилі відбитої, яка поширюється у зворотному напрямку (до генератора).