А.2 Цели и критерии согласования

Круговая диаграмма

Расчеты режимов работы нагруженной линии производятся по формуле (А.1) при вариации нескольких параметров.

Важное значение имеет входное сопротивление нагруженной линии в месте подключения генератора ( ):

, (А.1)

где – сопротивление нагрузки.

Для получения результатов с минимальными затратами времени используется приближенный графический метод – метод круговой диаграммы полных сопротивлений (проводимостей). Диаграмма оперирует нормированными величинами: сопротивления нормируются к характеристическому сопротивлению линии , расстояния – к длине волны в линии . Формула (А.1) переписывается:

. (А.2)

Замена сопротивлений на проводимости приводит к аналогичной формуле для входной проводимости нагруженной линии.

Круговая диаграмма сопротивлений состоит из нескольких семейств окружностей и шкал.

1) Семейство равных нормированных активных сопротивлений , (рисунок А.1).

Центры окружностей расположены на вертикальной оси, их радиусы обратно пропорциональны величине . Периферийная окружность соответствует значению . Окружность проходит через центр диаграммы. Окружность вырождается в точку в нижней части круговой диаграммы.

Рисунок А.1 – Семейство равных нормированных активных сопротивлений

2) Семейство равных нормированных реактивных сопротивлений , (рисунок А.2).

Рисунок А.2 – Семейство равных нормированных реактивных сопротивлений

Центры окружностей лежат на горизонтальной оси, их радиусы обратно пропорциональны . Значения лежат справа от вертикальной оси, – слева. Отрезок вертикальной оси, заключенной внутри периферийной окружности, соответствует .

Два названных семейства окружностей, совмещенных на одном планшете, образуют поле значений . Каждой точке внутри периферийной окружности соответствует единственное значение комплексного нормированного сопротивления.

3) Окружности равных модулей коэффициентов отражения
|Г| = const,0 ≤ |Г| ≤ 1 (рисунок А.3).

Рисунок А.3 – семейство модулей коэффициентов отражения

Эти окружности имеют общий центр, совпадающий с центром круговой диаграммы. Радиусы окружностей пропорциональны величине |Г|.

Центр диаграммы соответствует , периферийная окружность – . Учитывая однозначную связь между Г, КСВ (КБВ) и (см. формулу А.3) окружности можно считать окружностями КСВ = const или КБВ=const. Следует также добавить, что перемещение вдоль ЛП приводит к перемещению рабочей точки на круговой диаграмме по окружности |Г|=const.

Если нагрузка является чисто активной (Z_н=R_н), то КСВ может быть определен расчетным путем:

, , , . (А.3)

4) Шкала нормированных расстояний вдоль линии (рисунок А.4).

Обратимся к формуле (А.2). Учитывая период тангенса, равный π, можно сказать, что значение сопротивлений повторяются через или . Другими словами, полный оборот рабочей точки по окружности |Г|=const соответствует перемещению вдоль линии на . Перемещение вдоль линии от нагрузки к генератору соответствует перемещению точки на диаграмме по часовой стрелке, перемещение в обратном направлении – перемещению точки на диаграмме против часовой стрелки (рисунок А.4). Следует добавить, что отсчет расстояния ведется от точки на шкале ( ), которая соответствует сопротивлению , от которого начинается движение вдоль линии.

Рисунок А.4 – Шкала нормированных расстояний вдоль линии

Круговая диаграмма сопротивлений может использоваться как диаграмма проводимостей. Переход к диаграмме проводимостей производится в следующей последовательности: наносится точка на диаграмму сопротивлений; определяется точка диаметрально противоположная относительно центра диаграммы; эта зеркальная точка находится на диаграмме проводимостей . Окружности трансформировались в , окружности – в . При этом автоматически меняется знак реактивной части проводимости.

Вид диаграммы полных сопротивлений со всеми шкалами приведен на рисунке А.5.

Для практического пользования выпускаются планшеты диаграмм с подвижной линейкой и бегунком, фиксирующим положение рабочей точки на круговой диаграмме.

Рисунок А.5 – Круговая диаграмма полных нормированных сопротивлений

А.2 Цели и критерии согласования

При произвольном соотношении сопротивлений нагрузки и параметров линии появляется отраженная волна, которая «не доносит» часть мощности генератора до нагрузки. В линии устанавливается режим смешанных волн, увеличение напряжения до U_max повышает вероятность электрического пробоя, увеличение тока до I_max увеличивает омические потери в проводниках линии. Устранение или «гашение» отраженной волны в линии называется согласованием. Физически согласование производится следующим образом: в линию между нагрузкой и генератором искусственно вводится некоторое препятствие (неоднородность), которое порождает дополнительную отраженную волну. Размеры и место расположения неоднородности выбираются такими, чтобы дополнительная отраженная волна и отраженная волна от нагрузки были равны по амплитуде и сдвинуты по фазе на π. В результате обе волны компенсируют друг друга и на участке линии между неоднородностью и генератором устанавливается бегущая волна (|Г|=0). Указанная неоднородность называется согласующим элементом. Критерием согласования является полное отсутствие отражения |Г|=0 (КСВ=КБВ=1). В случае полного согласования в каждой точке линии , |Г|=0, . Если линия согласована на одной расчетной частоте, то согласование называется узкополосным. При таком согласовании может быть определена полоса частот Δf, в пределах которой выполняется условие . – допустимый коэффициент отражения, который может определяться, например, требованиями стабильности работы генератора СВЧ. Полоса Δf определяется частотными свойствами нагрузки, но во всех случаях она тем больше, чем ближе место включения согласующего элемента к нагрузке. Существуют методы широкополосного согласования. Наиболее просты и разработаны методы узкополосного согласования. Расчет согласования производится с использованием круговой диаграммы сопротивлений (проводимостей) или расчетным способом.