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
|
|
№ варианта
|
1-15
|
16-30
|
|
|
Тип линии передачи
|
Коаксиальная
РК 75-2.5-31
|
Двухпроводная
РД 50-0.87-21
|
|
|
Длина, м
|
10
|
25
|
|
|
Таблица 2
|
|
№ варианта
|
1-3
|
4-6
|
7-9
|
10-12
|
13-15
|
16-18
|
19-21
|
22-24
|
25-27
|
28-30
|
|
|
Сопротивление нагрузки , Ом
|
40+4i
|
42-10i
|
60+30i
|
75+50i
|
50+20i
|
10
|
40
|
10+5i
|
75-50i
|
40-4i
|
|
|
Таблица 3
|
|
№ варианта
|
1,4,7,10,13,16,19,22,25,28
|
2,5,8,11,14,17,20,23,
26,29
|
3,6,9,12,15,18,21,24,
27,30
|
|
|
Рабочая частота f0, МГц
|
200
|
400
|
800
|
|
|
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
|
|
Линии передачи СВЧ
|
|
|
Проволочные
|
Радиочастотные
|
Волноводы
|
Открытого типа
|
|
|
Двухпроводные
|
многопроводные
|
коаксиальные
|
симметричные
|
коаксиальные
|
прямоугольные
|
круглые
|
со спец. сечением
|
полосковые и микрополосковые
|
поверхностных волн
|
диэлектрические
|
лучевые волноводы
|
волоконно-оптические
|
|
|
Гектометровые, метровые и дециметровые волны
|
Дециметровые, сантиметровые и миллиметровые волны
|
Метровые, дециметровые и сантиметровые волны
|
Миллиметровые волны и волны оптического диапазона
|
|
|
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(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.
|
[