Глава 2. УЗКОПОЛОСНОЕ И ШИРОКОПОЛОСНОЕ СОГЛАСОВАНИЕ КОМПЛЕКСНЫХ НАГРУЗОК
Методическое пособие к лабораторной работе №2
по курсу «Техническая электродинамика»
2.1. ВЛИЯНИЕ РЕЖИМА ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ НА КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ И ПРОПУСКАЕМУЮ МОЩНОСТЬ.
В главе 1 рассматривался режим работы линии передачи в случае отсутствия потерь и отмечалось, что наличие отраженной волны приводит к образованию картины периодически повторяющихся одинаковых максимумов и минимумов в продольных распределениях нормированных напряжений и токов.
Рассмотрим теперь, что изменится в работе линии в режиме смешанных волн, если в линии имеются потери.
Если в (1.4) считать, что = 0 совпадает с сечением входа нагрузки, то в линии передачи с потерями модуль коэффициента отражения при удалении от нагрузки на расстояние изменяется по закону
(2.1)
Где - коэффициент отражения от нагрузки в сечении L= 0.
Вследствие изменения модуля коэффициента отражения КБВ в линии передачи с потерями имеет только условный смысл и должен определяться как отношение обязательно соседних минимума и максимума продольного распределения напряжения. По мере удаления от нагрузки КБВ в регулярной линии передачи с потерями возрастает.
(2.2)
где КБВн = (1- )/(1+ .
На рис. 2.1. показано, как меняется КБВ в линии с потерями в зависимости от расстояния L от нагрузки.
Эффективность передачи мощности в нагрузку принято характеризовать коэффициентом полезного действия (КПД), равным отношению мощности , выделяемой в нагрузке, к мощности падающей волны отдаваемой генератором в линию передачи. При пробеге по линии длиной часть мощности падающей волны теряется из-за затухания, поэтому мощность падающей волны у нагрузки оказывается равной . Отражение падающей волны от нагрузки приводит к дополнительному уменьшению передаваемой в нагрузку мощности в раз. Учитывая это КПД линии длиной можно рассчитать, используя приведенное ниже соотношение:
η = (2.3)
Графики зависимости КПД линии от КБВ нагрузки и от полного затухания линии (дБ) представлены на рис. 2.2. Из графиков следует, что наиболее благоприятные условия для передачи мощности имеют место при согласовании нагрузки, т. е. при .
Рис. 2.1. Изменение КБВ Рис. 2.2. Зависимость КПД
вдоль линии передачи с потерями линии передачи от КБВ нагрузки
Согласованный режим линии передачи наиболее благоприятен и с точки зрения достижения максимальной электрической прочности. Пробой в рассогласованной линии передачи может возникнуть при условии, что нормированное напряжение в пучности продольного распределения достигнет некоторого критического значения .
Условие пробоя:
|uп кр| (2.4)
Возводя обе части равенства в квадрат и учитывая, что является мощностью пробоя в бегущей волне, находим мощность падающей волны, вызывающую пробой рассогласованного волновода:
|uп кр|2 = (2.5)
Данная формула показывает, что рассогласование заметно увеличивает опасность пробоя и на грани пробоя в нагрузку может быть передана лишь часть критической мощности бегущей волны.
В реальных трактах СВЧ по ряду причин (частотная зависимость сопротивления нагрузки, отражения от нерегулярностей) режим идеального согласования линий передачи оказывается недостижимым. Поэтому в технических условиях оговаривается наименьшее допустимое значение КБВ как для нагрузок, так и для тракта в целом. Обычно ориентируются на допустимое значение КБВ не ниже 0,7—0,8.