Электромагнитные поля и волны. Часть 2 (Направляющие системы СВЧ-диапазона. Регулярные волноводы. Колебательные системы СВЧ. Общая теория цепей СВЧ), страница 31

,

где .

Параметры Г_доп и К_{бв доп} зависят от назначения и условий работы линии. Например, в радиовещании К_{бв доп}  0,8…0,9. В спутниковых системах связи, работающих в сантиметровом диапазоне волн, высокая степень согласования    К_{бв доп}  0,95 необходима для обеспечения электромагнитной совместимости одновременно работающих стволов (каналов).

Рассмотрим схему согласования  с линией (рисунок 8.3)

Рисунок 8.3

Согласующее устройство должно устранить отраженную от нагрузки волну. Эту задачу можно решить двумя способами:

 - либо поглотить отраженную волну в согласующем устройстве, при этом падающая волна не должна испытывать заметного поглощения.

 - либо погасить (компенсировать) волну, отраженную от нагрузки, волной отраженной от согласующего устройства. В этом случае нужно чтобы эти две волны были одинаковой амплитуды, а фазы отличались на .

Первый метод согласования основан на применении мостовых схем либо невзаимных ферритовых устройств (вентилей, циркуляторов). Поглощение мощности отраженной волны в ферритовом  вентиле не зависит от характера нагрузки, то же самое можно сказать о циркуляторе.

Вентиль или циркулятор включается в линию последовательно перед нагрузкой, тогда большая часть линии работает в согласованном режиме. Схемы согласования приведены на рисунке 8.4.

Рисунок 8.4

С помощью циркулятора согласование производится на большом уровне мощности, а вентилем на малом уровне. СН – согласованная нагрузка, от которой не происходит отражения. Этот метод согласования имеет низкий КПД, так как мощность отраженной волны Р_отр рассеивается в ферритовом вентиле или согласованной нагрузке, однако первый метод решает задачу широкополосного согласования.

Согласующие устройства, основанные на методе компенсации, состоят из реактивных элементов и при соответствующем выполнении не вносят потерь. При этом отраженная от нагрузки волна не поглощается, а отражается согласующим устройством обратно к нагрузке, где частично поглощается в нагрузке, а частично отражается в сторону согласующего устройства. В результате многократных отражений вся мощность поступает в нагрузку.

Согласование с помощью четвертьволнового трансформатора.

Отрезок линии длиной l=/4 c волновым сопротивлением z_тр называют /4 – трансформатором. Для согласования линии передачи с волновым сопротивлением z_в с нагрузкой z_н последовательно между ними включают /4 – трансформатор, с волновым сопротивлением

.

Поскольку z_в и z_тр являются действительными числами, то /4 – трансформатор может согласовывать лишь чисто активные сопротивления в узкой полосе частот. Принцип компенсации поясним на рисунке 8.5,а.

Рисунок 8.5

В линии передачи будут возникать две отраженные волны от сечения 1-1 и сечения 2-2, так как z_в  z_тр, и z_тр z_н. Амплитуды их одинаковы, что обеспечивается выбором z_тр, а фазы противоположны (отраженная волна от сечения 2-2 дважды проходит расстояние , и получает сдвиг фазы ).

Четвертьволновый трансформатор можно использовать для согласования комплексной нагрузки

с линией. В этом случае трансформатор включают на некотором расстоянии l₁ от места подключения нагрузки к линии (рисунок 8.5,б).

Длину l₁вычисляют таким образом, чтобы полное сопротивление в сечении 2-2 было чисто активным : z₂=R₂, а Х₂ = 0. В этом случае нагрузкой трансформатора является R₂, то волновое сопротивление трансформатора должно быть равно

.

К недостаткам согласовании с помощью /4 – трансформатора можно отнести трудность подстройки трансформатора после изготовления, а также необходимость изготовления линии передачи с волновым сопротивлением z_тр отличным от z_в линии. На рисунке 8.6 показаны согласующие устройства выполненные на коаксиальных линиях и волноводах.