Широкополосное согласование
В предыдущих устройствах согласование было обеспечено на одной частоте, на других степень согласования не известна.
Если согласование надо обеспечить в полосе >10% или при использовании сигналов с широким спектром, надо применять другие методики.
Следует добиваться, чтобы рассогласование в заданной полосе не превышал установленной величины.
Основные принципы:
1. Частотные компенсаторы.
2. Ступенчатые трансформаторы.
3. Неоднородные линии (плавные переходы).
Принцип частотной компенсации состоит во взаимной компенсации частотных изменений сопротивления нагрузки и согласующих элементов.
 |
Подбирается и необходимый закон частотного изменения сопротивления согласующих элементов и реализуется подбором длины и W шлейфов, и трансформаторов -ВН+ВШЛ.
Наклон кривой ВШЛ подобран примерно равным наклону кривой ВН с обратным законом в пределах большей части полосы частот, поэтому суммарная проводимость (реактивная) уменьшается и меньше меняется с частотой.
Наклон кривой ВШЛ (S) прямо пропорционален длине шлейфа и обратно пропорционален его волновому сопротивлению WШЛ.
 |
- среднее значение тангенса угла наклона кривой Вшл.
fр – резонансная частота.
, где n = 1,2,3…
Подбирая W и n можно регулировать ширину полосы рабочих частот.
Чем больше n, тем выше Q контура и полоса рабочих частот уже, чем больше W, тем полоса рабочих частот шире.
Рассмотренная схема обеспечивает компенсацию реактивности, а если надо компенсировать активную часть, придется использовать трансформатор.
Ступенчатые трансформаторы
Ступенчатые трансформаторы используют для согласования линии переноса ЭМЭ с активной нагрузкой или с нагрузкой с небольшим реактивным сопротивлением.
Ступенчатые трансформаторы представляют собой каскадное соединение n отрезков линии (ступенек), имеющих различные сопротивления W.
Под структурой трансформатора понимают распределение волновых сопротивлений ступенек W1,W2,…Wn.
Обычно используют нормированное сопротивление: Wнi=Wi/Wo, где Wo – сопротивление «левой» подводящей линии.
Характеризуют трансформаторы рабочим затуханием: L=P/P2 , где P2 – мощность на выходе при условии ее полного согласования на конце.
Величина L>1 характеризует затухание за счет отражения от трансформатора.
Наиболее интересная характеристика – частотная, т. е. зависимость затухания от электрической длины ступеньки: Q=(2π/λ)l.
Обычно эта зависимость имеет вид некоторого полинома с «соs» в качестве аргумента: L=1+P2(cosQ).
Т.е. является периодической функцией по Q с периодом π.
Область изменения Q: где L – мало – полоса пропускания; где L – велико –полоса заграждения.
Как правило, используют только 1-ю полосу, где длина ступенек минимальна.
Допустимое затухание в полосе пропускания (из-за отражения): 
, где Гmax – наибольший допустимый коэффициент отражения в пределах 2▲S.
Итак: при расчете трансформатора, исходными данными будут: 2▲S; R=W/Wo; Гmax,
R – перепад волнового сопротивления.
Необходимо найти число ступенек, их длину и волновые сопротивления.
В зависимости от выбора вида полинома (структура трансформатора) меняется количество осцилляций L, их расположение и уровень в полосе пропускания.
Наиболее часто используют Чебышевские трансформаторы и с максимально плоской частотной характеристикой.
Количество выбросов в чебышевском фильтре (n+1) и они равны по величине.
В трансформаторе с МПХ вn достигается только на краях полосы пропускания.
Достоинство Чебышевского трансформатора – наиболее экономная реализация технических условий (минимальное количество ступенек).
МПХ – линейная фазовая характеристика и более жесткие требования к точности изготовления.
Для Чебышевского трансформатора:
;
;
, где
Тn – полином Чебышева первого рода порядка n, 
h– нормирующий амплитудный множитель,
S – нормирующий амплитудный множитель по оси частот.
Граничные длины волн:
Откуда 2∆Q=Q2 – Q1. , 2∆Q=(4/π)arcsinS
Порядок расчета: из заданных λ1 и λ2 определим 2▲Q, затем S; из Гmax находим h.
По заданному R и найденным S и h находим: 
.
А затем 
.
Наиболее сложен расчет волновых сопротивлений.
Строгий расчет известен только для n≤4, в остальных случаях – приближенный.
|
Для 2-х ступенчатого трансформатора: 
,
Надо отметить, что в справочной литературе есть таблицы готовых величин для разных типов трансформаторов.
Волноводно-ферритовые элементы
Магнитронные и клистронные генераторы чувствительны к изменению нагрузки, поэтому при подсоединении нагрузки используются устройства развязывающие генератор от нагрузки – вентили, позволяющие отводить энергию волны без заметных потерь мощности. Переключение передатчика на различные антенны с достаточно высокой скоростью коммутации, автоматическую регулировку мощности СВЧ сигнала, электрическое сканирование лучом позволяют осуществить коммутаторы, циркуляторы, вращатели плоскости поляризации и т.д. Эти устройства наиболее хорошо реализуются на основе ферритов.
Ферриты группа веществ обладающие свойствами диэлектриков и ферромагнетиков:
, по 
относятся к полупроводникам.
Циркуляторы
Циркуляторы – это развязывающие многоканальные устройства, в которых ЭМВ распространяются из одного плеча в другое только в определённой последовательности.