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 (К_БВ>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: K_БВ(f), K_СВ(f).

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

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

P_вх — мощность выделенная в нагрузке, P_Г — 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 K_БВ(л).

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.