Узгодження передавальних ліній з навантаженням.

Міністерство освіти і науки України

Інститут телекомунікаційних систем

Кафедра засобів телекомунікацій

проф. Якорнов Є.А., ст. викладач Новиков В. І.,

Асіст. Авдеенко Г.Л.

МЕТОДИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ

щодо підготовки та проведення лабораторних робіт

з дисципліни «Технічна електродинаміка та поширення

радіохвиль»

(кредитний мод.1. «Електродинаміка»)

для напрямів підготовки (бакалавр):

“6.050903 Телекомунікації”

лабораторна робота № 4

УЗГОДЖЕННЯ ПЕРЕДАВАЛЬНИХ ЛІНІЙ З НАВАНТАЖЕННЯМ

Методичні рекомендції розглянути

та затверждени на засіданні

кафедри засобів телекомунікацій

(протокіл № 4 від 23.12.

05.2009р.)

Київ- 2009

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4.

УЗГОДЖЕННЯ ПЕРЕДАВАЛЬНИХ ЛІНІЙ З НАВАНТАЖЕННЯМ.

Мета роботи:

1. Практично засвоїти методику і техніку узгодження передавальної лінії з навантаженням;

1. Закріпити практичні навички розрахунку конкретних погоджуюшихся пристроїв.

Література:

Основна:[ ]

Додаткова:[ ]

Конспект лекцій: стор. 247...259.

При підготовці до заняття необхідно:

А. Вивчити рекомендовану літературу і відповісти на контрольні питання:

1) Мета і принципи узгодження передавальних ліній НВЧ. Переваги передачі енергії по погодженій лінії.

2) Принцип узгодження хвилеводу чвертьхвилевим трансформатором.

3) Методика розрахунку хвильового погоджующегося чвертьхвілевого трансформатора. Конструктивні особливості трансформаторів у різних хвилеводах.

4) Принцип узгодження передавальної лінії реактивним елементом.

5) Методика розрахунку реактивного погоджующого елемента.

6) Конструктивні особливості реактивних погоджующих елементів, застосовуваних у різних хвилеводах.

7) Устрій і призначення кругової діаграми повних опорів і провідностей.

8) Склад і принцип дії лабораторного пристрою. Ціль роботи, порядок проведення й очікувані результати.

Б. Мати загальне уявлення з питань:

1) Загальні принципи широкосмужного узгодження передавальних ліній.

2) Принцип дії багатошлейфових погоджуючих трансформаторів.

В. Уміти:

1) Розраховувати хвильові опори широко застосовуваних хвилеводних ліній передач.

2) Розраховувати поперечні розміри чвертьхвилевого трансформатора і визначати по круговій діаграмі відстань до місця його включення.

3) Визначати по круговій діаграмі місце включення реактивного шлейфа і відстань до місця його включення, а також довжину шлейфа при послідовному і рівнобіжному включенні його у хвилеводну лінію передачі.

4) Вимірювати за допомогою ВХЛ КСХ, КБХ і довжину хвилі в хвилеводі, визначати модуль коефіцієнта відображення.

Г. Вирішити задачу №45.

Д. Накреслити принципову схему лабораторної установки

4.1. Загальні відомості

4.1.1. Методи і загальний принцип узгодження на НВЧ.

При проектуванні хвилеводних трактів РЕС і окремих НВЧ пристроїв прагнуть одержати режим узгодження, тобто режим при який уся ЕМЕ споживається в навантаженні (Zн = Zх), а окремі НВЧ пристрою тракту мають мінімальні відображення. Однак, на практиці існує ряд навантажень, наприклад відкритий кінець хвилеводу, рупорна антена й ін., опір яких має комплексний характер. Як відомо, такі навантаження створюють відбиту хвилю і не забезпечують ефективну передачу ЕМЕ від джерела до споживача.

Крім того, це комплексне навантаження трансформується лінією передачі в комплексний вхідний опір тракту на виході НВЧ генератора, що погіршує режим його роботи. Отже, виникає задача ліквідації відбитого навантаження й елементів тракту хвилі. Яким образом це здійснити?

Ця задача зважується у НВЧ трактах РЕС двома методами:

1) виділення відбитої хвилі і розсіювання її в поглинаючій навантаженні;

2) повернення її убік навантаження і споживання е навантаженням у результаті багаторазових пере відображень (метод компенсації).

Перший метод реалізується за допомогою невзаємних НВЧ пристроїв на основі намагнічених феритів: вентилів і циркуляторів. Цей метод має істотний недолік - розсіювання відбитої ЕМХ, тобто знижується ККД тракту. Тому надалі його розглядати не будемо.

Реалізація другого методу здійснюється за допомогою широкого класу взаємних пристроїв, прийнятих називати що погодять.

Для передачі по лінії без утрат максимальної потужності від генератора з вихідним опором Zг у навантаження з вхідним опором Zн потрібно здійснити режим узгодження, тобто забезпечити

Zвх = Zг*

де Zвх - вхідний опір лінії навантаженої Zн у місці підключення її до генератора.

На практиці узгодження опір навантаження і генератора розбивають на двох частин: один пристрій, що погодить, (УП) установлюють на виході генератора, а друге - перед навантаженням. Таке розміщення УП забезпечує у всій лінії РБХ.

Очевидно, що УП на виході лінії в генератора і на її виході в навантаження вирішують аналогічні задачі і можуть бути однакової конструкції, т по цьому ми розглянемо тільки пристрої, що погодять навантаження з лінією.

У цьому випадку УП, цей пристрій, що забезпечує передачу всієї енергії хвилі, що біжить по лінії, у навантаження цієї лінії.

Очевидно, що погодити з лінією можна тільки навантаження здатні споживати енергію, тобто навантаження в який.

Загальний принцип узгодження лінії з навантаженням УП без утрат (тобто що складається тільки з реактивних, непоглинаючих енергію елементів) полягає в тім, що цей пристрій створює відбиту хвилю, рівну по амплітуді і протилежну по фазі хвилі, відбитої від навантаження, чим компенсує останню (рис.4.1).

Рис. 4.1

У результаті цього в лінії встановлюється РБХ і вся енергія падаючої хвилі, що надходить на вхід УП цілком поглинається активної складової опору навантаження, тому що відбитої хвилі ні, а реактивні елементи навантаження і УП енергію не поглинають.

Таким чином, після узгодження:

1) РБХ установлюється на ділянці від генератора до входу УП, у той час як на ділянці від виходу УП до навантаження зберігається змішаний режим з таким же значенням Кс як і до узгодження. Отже, УП потрібно розташовувати по можливості ближче до навантаження.

2) на ділянці, де зберігається РСмХ, потужність падаючої і відбитої хвиль збільшується в раз, що пояснюється резонансними явищами, що виникають у результаті відбиття і багаторазового перевідбиття падаючих і відбитих хвиль між виходом УП (узгоджувальний пристрій) і навантаженням. Тому електрична міцність цієї ділянки лінії передачі додатково знижується в раз, що необхідно враховувати при узгодженні трактів з великим рівнем переданої енергії.

Достоїнства методу компенсації:

1. Порівняно високий ККД, тому що енергія відбитої хвилі так само надходить у навантаження;

2. Порівняно проста реалізація на будь-якій фіксованій частоті тому що в якості УП звичайно використовують відрізки ліній а також зосереджені реактивні елементи (штирі, діафрагми).

Недоліки:

1. Відносна вузькосмуговість узгодження;

2. Сильна залежність від частоти;

3. Складність узгодження перемінних навантажень.

Звичайно на практиці задають припустиму величину неузгодженості (чи ) та прагнуть до того, щоб мало місце співвідношення

чи

(4.1)

Величина в загальному випадку є функцією, частоти і тому розрізняють вузькосмугове узгодження, коли нерівність (4.1) виконується у вузькій смузі частот, і широкосмугове узгодження, коли (4.1) виконується в широкій смузі частот.

4.1. 2. Вузькосмугове узгодження

При вузькосмуговом узгодженні частотну залежність властивостей навантаження і УП звичайно не враховують. У даному випадку на передній план виступає простота конструкції і УП, а також простота розрахунку. Узгодження досягають змінюючи параметри УП і контролюючи на вході лінії передачі за допомогою вимірювальної хвилеводної лінії, а останнім часом - автоматичних вимірників .

Найбільше поширення в якості УП одержали чвертьхвилеві трансформатори і різні реактивні елементи.

Узгодження за допомогою чвертьхвилевого трансформатора

Для узгодження з активним хвильовим опором лінії комплексного опору навантаження

потрібно

1. Компенсувати мниму (реактивну) складову навантаження.

2. Активну складову навантаження трансформувати в.

Компенсацію можна здійснити:

1. Вибором місця включення узгоджувального пристрою у лінію, де - це перетини мінімуму і максимуму напруги в лінії.

2. Включенням послідовно з реактивного компенсую чого опору .

Трансформація в здійснюється за допомогою відрізка лінії довжиною з хвильовим опором , у якого

(4.2)

Звідси

, тому що

При включенні трансформатора в мінімум напруги, де , і для забезпечення узгодження повинно бути .

Згідно (4.2)

При включенні трансформатора в максимум напруги, де

,

згідно (4.2)

Для спрощення виготовлення трансформаторів і для зменшення імовірності електричного пробою їх доцільно включати в мінімумах напруги.

Для двухпровідних і коаксіальних хвилеводів хвильовий опір розраховується по формулах (2.93) і (2.94) (див. конспект лекцій). Наприклад, для відкритої двухпроводної лінії з Т-хвилею

(4.3)

Дата добавления: 2015-11-14