Подключение линий передач к нагрузке с заданным сопротивлением

Задание

Необходимо обеспечить подключение линии передачи к нагрузке сопротивлением  так, чтобы на частоте f0 линия передачи была согласована с нагрузкой. Выбрать метод согласования, рассчитать согласующее устройство и место его включения в ЛП. Определить частотный диапазон согласованного режима работы, в котором коэффициент бегущей волны не менее 0,8 (КБВ>0,8). Определить максимальную допустимую мощность, передаваемую в нагрузку и КПД линии на частоте f0 и границах диапазона.

Построить:

1) Графики зависимостей амплитуды напряжения (напряженности эл. поля) от координаты (в ЛП и согласующем устройстве) для частоты f0 и частот границ диапазона.

2) Частотные зависимости коэффициентов бегущей и стоячей волн: KБВ(f), KСВ(f).

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

Введение

Линией передачи (ЛП) называют устройство, ограничивающее область распространения электромагнитных колебаний и направляющее поток электромагнитной энергии к нагрузке. ЛП используют для передачи мощности от генераторов к потребителям, для образования резонансных систем – объемных резонаторов и колебательных контуров с распределенными параметрами, для трансформации полных сопротивлений нагрузок.

В радиосистемах используются различные линии передачи. Выбор конкретного типа ЛП определяется назначением и параметрами радиосистемы, условиями ее работы и решающим образом зависит от используемого диапазона длин волн и передаваемой мощности. Наиболее распространенные типы линий передачи для различных диапазонов волн представлены в таблице 1.

Таблица 1

Расчет

Вначале вычислим коэффициент отражения от нагрузки

Далее вычислим коэффициент стоячей волны в ЛП между нагрузкой и трансформатором

Максимальная мощность в двухпроводной ЛП

Максимальная мощность в нагрузке

Максимально действующее напряжение стоячей или бегущей волны

Зависимость коэффициента отражения от расстояния l до нагрузки имеет вид

где  – коэффициент отражения нагрузки в сечении

Требуется определить такое значение электрической длины линии , при которой сопротивление  будет действовать, в этом случае возможно согласование при помощи  – трансформатора.

Из последнего выражения получим

только в этом случае сопротивление будет действительным

Решением уравнения является корень

Тогда

Выбираем наименьшее значение  и вычисляем расстояние, на котором должен быть включен трансформатор

Определим сопротивление нагрузки четвертьволнового трансформатора и проверим, действительно ли оно. Сопротивление найдем через коэффициент отражения

Также проверим по формуле

Вычислим волновое сопротивление ЛП четвертьволнового трансформатора для согласования генератора с внутренним активным сопротивлением  с произвольной нагрузкой

Вычислим коэффициент отражения от трансформатора

Построение графика распределения амплитуды

В ЛП между трансформатором и нагрузкой  напряжение определяется так

График строим для случая максимальной мощности

В трансформаторе  напряжение определяется по формуле

Для случая максимальной мощности имеем

Тогда график будет иметь вид

Вычислим КПД линии на частоте , при которой коэффициент затухания

Pвх – мощность выделенная в нагрузке, PГ – мощность падающей волны, отдаваемой генератором в ЛП.

Вывод

В ходе данной работы мы обеспечивали согласованное подключение ЛП к нагрузке с заданным сопротивлением. В качестве согласующего устройства выбран четвертьволновый трансформатор, рассчитано сопротивление трансформатора и место включения его в линию передачи. Определена максимально допустимая мощность в нагрузке и КПД линии на заданной частоте. В ходе работы построены графики зависимостей амплитуды напряжения от координаты, коэффициента бегущей волны от длины волны KБВ(λ).

Список литературы

1)   В.В. Никольский, Т.И. Никольская, Электродинамика и распространение радиоволн: Учеб. пособие для вузов. – М.: Наука, 1989. – 544 с.

2)   Д.М. Сазонов, Антенны и устройства СВЧ: Учеб. для радиотехнич. спец. вузов. – М.: Высшая школа, 1988. – 432 с.: ил.