Влияние режима линии передачи на КПД и пропускаемую мощность.

Произвольная нагрузка в общем случае порождает в линии пе­редачи отраженную волну. Накладываясь на падающую, отражен­ная волна приводит к образованию повторяющихся максимумов и минимумов в продольных распре­делениях нормированных напря­жений и токов (рис.), форми­руя картину смешанных волн.

Картину поля можно исследовать с помощью измерительной линии. Например, в случае волноводной ЛП, это отрезок волновода с прорезью по центру в широкой стенке. Через прорезь вводится зонд, который соединяется с детектором, выход с которого подключается к милливольтметру. Детектор и зонд связаны с резонансной системой, изменение размеров которой позволяет настроиться на резонансную частоту. Для изменения глубины погружения зонда используется специальный микровинт. При перемещении зонда вдоль ЛП получается следующая картина (см. рис. слева).

Т.к. длина измерительной линии составляет несколько длин волн, то затухания вдоль линии незначительны и величина максимумов практически одинакова.

В случае, если используется короткозамыкающая пластина, минимум стремится к нулю, и картина примет вид (идеальный короткозамыкатель на рис.). При этом обеспечивается минимальная погрешность измерения длины волны при использовании координат минимумов.

. Для Н₁₀: .

В случае использования согласованной нагрузки минимумы сравниваются с максимумами, и картина примет вид прямой (ид. СН на рис.).

На практике режим смешанных волн принято харак­теризовать коэффициентом стоячей волны (КСВ): .

Коэффициент бегущей волны (КБВ): КБВ , .

где |ρ|—модуль коэффициента отражения.

В линии с потерями будет зависеть от : , - коэффициент отражения в нагрузке, т.е. в сечении . Исходя из формулы определения КСВ:

	КЗ	СН
	1(100%)	0(0%)

показывает сколько % мощности будет отражаться от данного объекта (нагрузки).

Режим ЛП с потерями можно характеризовать двумя величинами: КБВ около нагрузки или КБВ генератора .

Для регулярной ЛП: , где - длина ЛП.

Эффективность передачи мощности в нагрузку принято характе­ризовать коэффициентом полезного действия (КПД), равным отно­шению мощности Р_Н, выделяемой в нагрузке, к мощности падающей волны Р_П, отдаваемой генератором в линию передачи: .

При пробеге полной длины линии L часть мощности падающей волны теряется из-за затухания, поэтому мощность падающей волны у нагрузки оказывается равной , где величину называют ко­эффициентом ослабления мощности падающей волны. Отражение падающей волны от нагрузки приводит к дополнительному умень­шению передаваемой в нагрузку мощности в раз, и поэтому КПД линии:

.

При выводе этой формулы использовано соотношение , где - КБВ нагрузки.

Из графиков видно, что максимальный КПД достигается при ( ). Согласованный режим также наиболее благоприятен с точки зрения получения максимальной электрической прочности ЛП.

Рассогласование ЛП заметно увеличивает опасность пробоя и полностью рассогласованный волновод может быть пробит при мощности падающей волны, составляющей всего 25% от мощности, вызывающей пробой чисто бегущей волны.

В реальных трактах СВЧ по ряду причин идеальное согласование невозможно, поэтому обычно в технических условиях указывают уровень КСВ (КБВ), допустимый для данного устройства.

Обычно КБВ задается в пределах 0,7¸0,8 (КСВ=1,25¸1,5). Исключение составляют приемные антенны КВ диапазона, где КБВ=0,3¸0,4.

Рабочая полоса частот того или иного устройства определяется, например, с помощью панорамного измерителя РК2-47, позволяющего снять зависимость функции КСВ=g(f). При этом обычно экран индикатора имеет логарифмический масштаб, нижняя граница которого соответствует КСВ=1, верхняя - ¥, по которой производят дополнительную калибровку. По заданному допустимому уровню КСВ проводят линию, кот. При пересечении с функцией определяет f₁ и f₂. При определении параметров многополюсника для каждого плеча строятся все зависимости на одном графике. В этом случае граница f₁ берется наибольшая из всех, а f₂ – наименьшая из всех. Т.е. рабочий диапазон: .

Трансформация сопротивлений. Значение входного сопротивления и проводимость трансформирующего отрезка линии передачи. Реактивные шлейфы. Четвертьволновый и полуволновый трансформаторы.

Короткие отрезки линий передачи широко применяются для трансформации (преобразования) сопротивлений нагрузок. В ос­нову положена зависимость нормированного сопротивления в про­извольном сечении линии передачи от расстояния до нагрузки. Т.к. отрезки ЛП короткие (обычно от 0 до l/2), то затуханием в них пренебрегают. Пусть имеется ЛП, к которой в плоскости отсчета АА^’ подсоединена нагрузка на расстоянии . Сопротивление на зажимах АА^’ называется входным сопротивлением и в общем случае:

, где , - коэф-т фазы.

Величину называют электрической длиной отрезка ЛП.

Для нагрузки: , .

Учитывая эти формулы для можно записать:

.

Используя формулу Эйлера и , получим:

(н – нормированные величины). (1)

Аналогично, заменив и , для проводимости получим:

. (2)

В действительности отрезки ЛП имеют неединичное волновое сопротивление, значение которого определяется ЭД расчетом или берется из справочника. Тогда:

, [Ом], - нормированная.

Аналогично: .

Отметим, что сопротивления и проводимости в формулах являются безразмерными и нормированными для линии передачи основного тракта. Значение же безразмерного волнового сопротивления определяется отличием формы и размеров поперечного се­чения (а также параметров диэлектрика) трансформирующего отрезка от соответствующих параметров основной линии передачи тракта.