Лінії затримки

Це елементи ЕА, що призначені для номінальної часової затримки вихідних сигналів на час τ

Класифікація ліній затримки

Це лінії НС, ПС, МКС діапазону. Електромагнітні і ультразвукові лінії. Ел.магнітні діляться на кабельні ЛЗ, ЛЗ еа НЧ, на операційних підс.(ЛЗ мілісекунд), поверхнево-акустичні хвилію Цифрові та аналого-цифрові ЛЗ. Основні параметри ЛЗ:

1) час затримки τ. 2) Стабільність лінії 3) частотна хар лінії

4) Хвилевий опір однорідної лінії W=(L/C)^1/2 . Для збільшення часу затримки і хвилевого опору використовують спіральні ЛЗ з феритовим стержнем. Найбільш простий спосіб затримки ел. сигналу – використання в якості ЛЗ лінії передачі відповідної довжини, так як швидкість розповсюдження сигналу в лініях скінченна і відносно стабільно, то сигнал при проходженні через лінію затримується на час пропорційний довжині лінії. В якості лінії можуть бути використані радіочастотні кабелі полоскові та мікрополоскові лінії, а також хвилеводи(феритні), лінія повинна мати добре узгоджене навантаження на виході щоб запобігти сотворенню сигналу. Кабельні ЛЗ прості за конструкцією надійні, мають малу дисперсію, широкополосні(від 0 до сотень МГц), основним недоліком є мала затримка(долі мкс)

Ідеальна лінія затримки

В ідеальній лінії передачі коеф передачі=1. Лінії затримки в яких час затримки залежить від частоти наз. дисперсійними ЛЗ. Фільтр НЧ складається з Т подібної ланки

Г, Т, П подібні ланки фільтрів НЧ вмикаються послідовно, і якщо вони вмикаються на опір (характеристичний), то ці елементи утворюють лінію, яка узгоджена всередині, а не узгоджена на кінцях лінії. R_H=∞=(L/C)^1/2; Фільтри НЧ: типу К і М

Характеристичний опір Г і Т подібної ланки визначається рівнянням

Подвоєна 2ω позначається як частота зрізу. Якщо ланка навантажена на хар. опір, то вх.. опір= характеристичному і це дозволяє вмикати всі ланки послідовно.

Таким чином час затримки на 0 частоті визначається (LC)^1/2. Час

затримки є нелінійною

ф-єю. З цієї формули випливає що Г і Т подібні ланки не мають постійного значення групового часу затримки. Крива залежності показує, що фільтр типу Т можна використати тільки у вузькій смузі частот. Тому в лініях потрібно узгодити смугу частот з парам. індуктивності і ємності.

Вибір елементів L і С ліній затримки 1)Потрібно вибрати смугу частот лінії:

2) Визначити частоту зрізу:

f_ЗР=4∆f=g∆f По частоті зрізу потрібно обирати значення L і С елемента.

3)Визначити час затримки на нульовій частоті

Чим більший фронт імпульсу, тим повинні бути менші L і С.

4) 5)Визначити L

Чим більша частота зрізу, тим менша L. Для зменшення кількості елементів лінії ≈30% використовують лінії типу М.

К_ЗВ=0.23,

для М=1.27

Максимально лінійною буде до:

Для оптимальних фільтрів, які працюють з різними затримками регулюють дискретно або плавно.

Стабільність лінії

Лінії затримки на обємних акустичних хвилях Для створення затримки на обємних акуст. хвилях використовують розповсюдження звуку в звукопроводах. Електричний сигнали потрібно перетворити в звуковий(п’єзоефект, магнітострикція). Звук розповсюджується по звукопроводу, далі перетворюється в сигнал(п’єзоефект прямий)

Звукопровід вибирається з різних матеріалів(метали, кристали). При перетворенні ел. сигналу в звук виникають паразитні коливання, розглядають поперечні акуст. хвилі; повздовжні, хвилі кручення, поверхневі, хвилі Юнга. По типу звукопровода ЛЗ поділяються на хвилеводні(лен точні та дротяні) і більш прості у виготовленні, ЛЗ з багатократними відбиттями. Для затримки НВЧ сигналів на вході і виході встановлюють перетворювачі частоти, для того щоб транспортувати спектр вхідного сигналу в більш низькочастотну область а потім відновити сигнал. Такі ЛЗ мають затримку від долей мс до десятків мс, і використовуються для затримки сигналу кольору в ТВ, в якості калібраторів відстані(висоти), РЛС, та ін.

Структурна схема ЛЗ на об’ємних акуст. хвилях

Застосовуються коли необхідно отримати затримку від десятків мкс до одиниць мс. В таких ЛЗ послідовно відбувається перетворення ел. коливань в акустичні, створення затримки Тз = L / Vср (L – шлях хвилі в середовищі та Vср – швидк. розповсюдження в робочому середов.)

Перетворювачі з пластин п’єзокераміки та кварцу використовують прямий та зворотній п’єзоелектричні ефекти і позначаються на схемах як:

1) Недоліком цієї ЛЗ є мала смуга частот; 2) Великий коеф затухання в лінії. K_ДБ=2B_ПЕР+В_ПОГЛ+В_РОЗХ

Магнітострикційна лінія затримки

Такі ЛЗ використовують пряме та зворотне явище магнітострикції у феромагнетиках. Для цього типу ЛЗ характерні великі втрати на перетворення та вузька смуга частот. Переваги – можливість плавно змінювати час затримки, простота конструкції, малий температурний вплив, мала вартість.

Лінії затримки(фільтри) на поверхнево-акустичних хвилях

Використовують пєзоматеріали для звукопроводів.

Аподизація штирів вводиться для того, щоб зменшити амплітуду паразитних листків. Апертура міняється від ф-ї аподизації.

1) Аподизація по ф-ї Хебінга (косинус на п’єдесталі). 2)функція Хемінга;3)Бесселя 4)Юнга 5)Кайзера

Температурна компенсація кол. контура. Температурна стабільність, резонансної частоти коливального контуру визначається температурним коеф. частоти ТКЧ , де ∆f=f_Tроб-f₂₇^o – зміна резонансної частоти при зміні темпер. контуру.

∆t^o=T_роб-27^оС. Якщо в контурі є тільки одна ємність та індуктивність, а опором втрат знехтувати, то резонансна частота визначається формулою Томсона

ТКЧ контуру визначається напівсухою ТКІ та ТКЄ, взятих з відємним знаком. α_f=-0.5(α_L+ α_C). Якщо в контурі є кілька ємностей та індукт. то вираз для ТКЧ ускладнюється, через те, що при паралельному чи посл. сполучені коеф-нти залежать ще й від співвідношення між ємністю С та повною ємністю контуру. При парал. з’єднані C: С=С₁+С₂+..+С_N

Вираз наз. коеф впливу ємності С₁ на сумарну ємність С. Таким чином можна записати:

α_C=K₁α₁+ K₂α₂+.. K_Nα_N

α_f=K_Lα_L+ K_Cα_C. З виразу α_f=-0.5(α_L+ α_C) випливає, що для зменшення ТКЧ треба зменшувати ТКІ та ТКЄ, або ввести в контур ємність, у якої ТКЄ по модулю рівний ТКІ, але має протилежний знак. Індуктивність під дією t^o змінюється за рахунок зміни геометричних розмірів котушки, перерозподілу густини струму по перерізу дроту, зміни власної ємності. Якщо котушка має осердя, то під впливом t^o змінюється магн. проникність осердя. Суттєвого зменшення температурної залежності частоти контуру може бути досягнено застосуванням термостатування. Іншим способом є термокомпенсація. Умову термокомпенсації отримаємо з α_f=0 => α_L=-α_C. Цей спосіб застосовують, якщо конструкція ЕА забезпечує ідентичність темп. котушки та ємності. У якості термокомпенсуючих елементів використовуються керамічні конденсатори з відємним ТКЄ. Застосовують паралельне, послідовне або комбіноване зєднання.

Високочастотні котушки

В залежності від призначення розрізняють: контурні котушки(що утворюють разом з С кол контур); котушки зв'язку(передають ВЧ коливання з одної ланки в іншу); ВЧ дроселі(не пропускають струми ВЧ).

По конструктивним ознакам поділяють на циліндричні, спіральні, тороїдальні, однослойні, багатослойні, з осердям та без, екрановані, з постійним значенням індуктивності чи із змінним.

Основні параметри 1) Індуктивність хар-є кількість енергії магнітного поля, що запасає котушка при протіканні через неї струму. Вона залежить від її форми, розмірів та числа витків, а також від властивостей осердя або екрану. 2) Добротність – відношення реактивного опору до активного опору втрат Q_L=(2πfL)/r, де r – екв. опір втрат в котушці на частоті f tgδ=r/(2πfL)=1/Q

3) Власна ємність являється паразитним параметром, вона збільшує втрати, зменшує стабільність, коеф. перестроювання по частоті. 4)ТКІ – хар-є відносну зміну індуктивності при зміні температури на 1^оС.

Індуктивність катушки з осердям

Отримати оптимальне значення іннд. та добротності, забезпечити точне встановлення індуктивності дозволяє застосування осердь. Індуктивність катушки з осердям L_OS=μ_CL. Для феромагнетиків(ферити, карбонільне залізо) μ_C>1, для діамагнетиків(латунь, мідь, алюм) μ_C<1. Таким чином використання феромагнетиків збільшує індктивність котушки, а використання діамагнетиків понижають її.

Індуктивність тороїдальної котушки(з кільцевим осердям) визначають за формулою

, де D_T – діаметр осьової лінії тора, см D_B – середній діаметр витка; μ – магн проникність матеріалу тора.

Оптимізація добротності котушок індуктивності. На заданій частоті добротність котушки визначають за формулою Q_L=(2πfL)/r, де r – активний опір втрат, який має декілька складових

r₀-опір обмотки постійному струму;

r_f – ВЧ втрати; r_k – втрати в матеріалі каркасу; r_ем – ємнісні втрати; r_екр – втрати в матеріалі екрану; r_С – втрати в осерді. Опір високочастотних втрат в обмотці складається з втрат обумовленими поверхневим скін-ефектом та ефекту зближення

. Ці дві складові мають виражену залежність від діаметру дроту намотки. Ця властивість використовується для отримання максимальної добротності шляхом вибору оптимального діаметру дроту намотки.

Діелектричні втрати, що виникають в полі власної ємності котушки через діелектрик, мають ту саму природу, що і в конденсаторах і описуються тангенсом діелектричних втрат на робочій частоті.

Векторна діаграма екранованої катушки індуктивності

Струм екранів протікає на глибині

Дата добавления: 2015-10-29