Н.М.Изюмов, Д.П.Линде
"ОСНОВЫ РАДИОТЕХНИКИ"
М.,Л.; "ЭНЕРГИЯ", 1965г.

ГЛАВА ПЯТАЯ

ДЛИННЫЕ ЛИНИИ

5-8. 

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЛИННЫХ ЛИНИЙ В КАЧЕСТВЕ РЕАКТИВНЫХ
ЭЛЕМЕНТОВ И ТРАНСФОРМАТОРОВ СОПРОТИВЛЕНИЯ

Длинные линии служат не только для передачи энергии от генератора к антенне и от антенны к приемнику; они находят широкое применение в качестве колебательных систем, согласующих устройств, фильтров и коммутирующих систем.

В качестве колебательных систем наиболее удобны четвертьволновые короткозамкнутые линии, так как они обладают минимальными размерами при резонансе токов. Они применяются в генераторах ультракоротких волн. Благодаря малым потерям такие линии обладают более высокой добротностью, чем контуры с сосредоточенными постоянными. На волнах дециметрового диапазона коаксиальные линии вытесняют двухпроводные, так как у последних расстояние между проводами становится соизмеримым с длиной волны, вследствие чего возникают весьма значительные потери на излучение.

Рассмотрим особенности применения длинных линий в качестве согласующих устройств. Передача энергии по линии без отражения возможна только при активном сопротивлении нагрузки, равном волновому сопротивлению линии. На практике входное сопротивление антенны часто отличается от волнового сопротивления линии. Поэтому непосредственного согласования с антенной достигнуть не удается и приходится использовать специальные согласующие устройства.

Простейшим согласующим устройством является так называемый резонансный трансформатор (рис. 5-29, а). К нагрузке подключается короткозамкнутая или разомкнутая линия (шлейф), длина которой близка к четверти волны. Основная питающая линия присоединяется к шлейфу.

Рис. 5-29. Резонансные трансформаторы сопротивления.

Для получения согласования прежде всего необходимо настроить цепь нагрузка-согласующая линия. Если нагрузка представляет собой чисто активное сопротивление, то длина согласующей линии устанавливается вначале равной 0,25·. При нагрузке с реактивной составляющей длина согласующей линии берется несколько больше или меньше 0,25·. В этом случае шлейф становится эквивалентен некоторой дополнительной реактивной нагрузке, сопротивление которой подбирается равным по величине и обратным по характеру реактивной составляющей сопротивления нагрузки. Если данное условие выполнено, то линия и нагрузка становятся эквивалентными параллельному резонансному контуру (рис. 5-29, б) и нагрузка (под которой теперь необходимо подразумевать нагрузочное сопротивление вместе с согласующей линией) представляет собой резонансную систему, входное сопротивление которой имеет чисто активный характер. После этого к нагрузке надо подключить основную линию так, чтобы входное сопротивление согласующей линии с нагрузкой было равно волновому сопротивлению питающей линии.

В согласующей линии устанавливается стоячая волна тока и напряжения с пучностью тока и узлом напряжения у короткозамкнутого конца. Поскольку длина линии близка к 0,25·, узел стоячей волны тока и пучность напряжения окажутся у нагрузки (рис. 5-29, в). На этом конце линии согласно закону Ома отношение напряжения к току должно быть равно сопротивлению нагрузки. Если двигаться от нее к замкнутому концу, то это отношение будет уменьшаться до нуля на противоположном конце линии. В случае, когда сопротивление нагрузки больше волнового сопротивления питающей линии, на согласующей линии должна найтись точка, в которой отношение напряжения к току (входное сопротивление) точно равно волновому сопротивлению питающей линии. При соединении их в этой точке линия окажется согласованной с нагрузкой.

Согласующая линия практически лишена потерь, поэтому вся энергия, передаваемая без отражения по линии, поглощается в нагрузке. В тех случаях, когда сопротивление нагрузки меньше волнового сопротивления линии, нужно применять разомкнутый четвертьволновый шлейф (рис. 5-29, г). Так как по направлению к разомкнутому концу такого шлейфа сопротивление неограниченно растет, то такой шлейф трансформирует сопротивление нагрузки в сторону увеличения.

Такие согласующие линии, трансформирующие сопротивление, часто называют трансформаторами сопротивления или согласующими трансформаторами. Резонансные трансформаторы работают хорошо при коэффициентах трансформации более четырех, так как при малых коэффициентах трансформации ввод фидера должен находиться вблизи от нагруженного конца трансформатора. Вследствие этого возникает сильное взаимное влияние фидера с нагрузкой и нахождение правильного положения ввода затрудняется. При меньших коэффициентах трансформации нужно добиваться согласования с помощью реактивного шлейфа.

В нагруженной линии, в которой установилась комбинированная волна, состоящая из бегущей и стоячей волн, входное сопротивление изменяется от точки к точке. В одной из точек активная составляющая этого сопротивления равна волновому сопротивлению линии. Для согласования нужно компенсировать в этой точке реактивную составляющую входного сопротивления. Поэтому к ней подключают короткозамкнутый или разомкнутый шлейф (рис. 5-30), реактивное сопротивление которого равно по величине и противоположно по знаку реактивной составляющей входного сопротивления линии. При этом в линии устанавливается чисто бегущая волна, и вся энергия от генератора передается без отражения к нагрузке.

Рис. 5-30. Согласование линии с нагрузкой с помощью реактивного шлейфа.

В тех случаях, когда приходится работать с коаксиальными линиями, создание подвижного шлейфа технически сложно, и поэтому включают два реактивных шлейфа (рис. 5-31, а). Изменением длины ближайшего к нагрузке шлейфа добиваются того, чтобы активная составляющая входного сопротивления линии справа стала равной волновому сопротивлению питающей линии. При этом на входе останется некоторая реактивная составляющая. Для ее компенсации обычно на небольшом расстоянии от первого шлейфа устанавливают второй, длина которого может регулироваться. Таким образом, с помощью системы двух неподвижных шлейфов можно получить согласование. Аналогичные устройства используются в волноводах (рис. 5-31, б).

Рис. 5-31. Согласующие трансформаторы из двух шлейфов.

Для согласования линии с чисто активной нагрузкой (небольшое реактивное сопротивление может быть компенсировано так же, как это производилось при работе с первым типом трансформатора) применяют так называемые четвертьволновые трансформаторы (рис.5-32,а). В § 5-6 было найдено, что у четвертьволновой линии, нагруженной на активное сопротивление Rн, входное сопротивление

 

где Z0 Тр - волновое сопротивление трансформатора.

Рис. 5-32. Четвертьволновые трансформаторы.

Подбирая волновое сопротивление линии трансформатора, можно сделать его входное сопротивление равным волновому сопротивлению питающей линии. При этом волновое сопротивление линии трансформатора

(5-51)

где Z0 Л - волновое сопротивление согласуемой линии.

В тех случаях, когда сопротивление нагрузки непосредственно узнать нельзя, нагрузку подключают к питающей линии и измеряют коэффициент бегущей волны

 

Отсюда сопротивление нагрузки

(5-52)

Подставив это равенство в формулу (5-51), получим выражение для определения волнового сопротивления трансформатора:

(5-53)

Чтобы иметь возможность перестраивать трансформатор на различные волны, его часто выполняют в виде раздвижных трубок.

Четвертьволновые трансформаторы могут применяться в коаксиальных линиях, но их конструктивное выполнение оказывается более сложным (рис. 5-32, б). Кроме того, практически оказывается трудным получить идеальное согласование вследствие наличия некоторых отражений от неоднородности, которую представляет собой сочленение с трансформатором.

Для контроля за согласованием, расчета согласующих устройств и определения входных сопротивлений нагрузки и линии необходимо определять распределение стоячих волн в линии и измерять коэффициент бегущей волны. Это производится с помощью подвижных индикаторов поля, слабо связываемых с линией.

Рис. 5-33. Фильтрующее устройство из двух шлейфов.

В коротковолновых радиостанциях длинные линии находят применение также в качестве фильтров. К фильтрующему устройству обычно предъявляется требование пропускать волны, имеющие длину 1, и не пропускать волны с длиной 2. Задача эта может решаться, например, с помощью двух шлейфов, подключаемых к основной линии, как это показано на рис. 5-33. Разомкнутый шлейф длиной 0,25·2 представляет для волны 2, идущей слева направо, короткое замыкание. Поэтому она полностью отражается от точек AA и идет обратно. Если 1 больше 2, то для волны 1 первый шлейф имеет емкостное сопротивление. Подключив параллельно короткозамкнутый индуктивный шлейф и подобрав его сопротивление равным сопротивлению первого шлейфа, получим параллельный резонансный контур, который для волны 1 представляет бесконечно большое сопротивление. Поэтому его шунтирующее действие на распространение волны 1 можно не учитывать и считать, что вся энергия проходит через фильтр к нагрузке.

В этой главе:
5-1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ В ИДЕАЛЬНЫХ БЕСКОНЕЧНО ДЛИННЫХ ЛИНИЯХ
5-2. КОЛЕБАНИЯ В ЛИНИЯХ КОНЕЧНОЙ ДЛИНЫ, РАЗОМКНУТЫХ НА КОНЦЕ
5-3. КОЛЕБАНИЯ В ЛИНИЯХ КОНЕЧНОЙ ДЛИНЫ, КОРОТКОЗАМКНУТЫХ НА КОНЦЕ
5-4. КОЛЕБАНИЯ В ЛИНИЯХ, ЗАМКНУТЫХ НА КОНЦЕ НА РЕАКТИВНУЮ НАГРУЗКУ
5-5. КОЛЕБАНИЯ В ЛИНИЯХ, НАГРУЖЕННЫХ НА АКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ
5-6. КОЛЕБАНИЯ В ЛИНИЯХ, НАГРУЖЕННЫХ НА КОМПЛЕКСНУЮ НАГРУЗКУ
5-7. РЕАЛЬНЫЕ ЛИНИИ С ПОТЕРЯМИ ЭНЕРГИИ
5-8. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЛИННЫХ ЛИНИЙ В КАЧЕСТВЕ РЕАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И ТРАНСФОРМАТОРОВ СОПРОТИВЛЕНИЯ
ВСЕГДА ВЫРУЧИТ ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО от одной батарейки!

Вы не останетесь без связи в самый нужный момент - в качестве источника энергии выступит обычная батарейка типа АА...

Удобная почтовая доставка не только по России...

 
Более 3000 типов оригинальных аккумуляторов...

...для смартфонов и мобильных телефонов LG, Samsung, Motorola, Nokia, Sony Ericsson и др.

Доставка почтой, курьером...

webmaster@radio-1895.ru