Задание
Необходимо обеспечить подключение линии передачи к нагрузкесопротивлением /> так, чтобы начастоте f0линия передачи быласогласована с нагрузкой. Выбрать метод согласования, рассчитать согласующееустройство и место его включения в ЛП. Определить частотный диапазонсогласованного режима работы, в котором коэффициент бегущей волны не менее 0,8(КБВ>0,8). Определить максимальную допустимую мощность, передаваемуюв нагрузку и КПД линии на частоте f0и границах диапазона.
Построить:
1) Графики зависимостей амплитуды напряжения (напряженности эл. поля)от координаты (в ЛП и согласующем устройстве) для частоты f0и частот границ диапазона.
2) Частотные зависимости коэффициентов бегущей и стоячей волн: KБВ(f), KСВ(f).
Таблица 1№ варианта 1–15 16–30 Тип линии передачи
Коаксиальная
РК 75–2.5–31
Двухпроводная
РД 50–0.87–21 Длина, м 10 25
Таблица 2№ варианта 1–3 4–6 7–9 10–12 13–15 16–18 19–21 22–24 25–27 28–30
Сопротивление нагрузки />, Ом 40+4i 42–10i 60+30i 75+50i 50+20i 10 40 10+5i 75–50i 40–4i
Таблица 3№ варианта 1,4,7,10,13,16,19,22,25,28
2,5,8,11,14,17,20,23,
26,29
3,6,9,12,15,18,21,24,
27,30
Рабочая частота f0, МГц 200 400 800
Введение
Линиейпередачи (ЛП) называют устройство, ограничивающее область распространенияэлектромагнитных колебаний и направляющее поток электромагнитной энергии кнагрузке. ЛП используют для передачи мощности от генераторов к потребителям,для образования резонансных систем – объемных резонаторов и колебательныхконтуров с распределенными параметрами, для трансформации полных сопротивленийнагрузок.
Врадиосистемах используются различные линии передачи. Выбор конкретного типа ЛПопределяется назначением и параметрами радиосистемы, условиями ее работы ирешающим образом зависит от используемого диапазона длин волн и передаваемоймощности. Наиболее распространенные типы линий передачи для различныхдиапазонов волн представлены в таблице 1.
Таблица 1Линии передачи СВЧ Проволочные Радиочастотные Волноводы Открытого типа Двухпроводные многопроводные коаксиальные симметричные коаксиальные прямоугольные круглые со спец. сечением полосковые и микрополосковые поверхностных волн диэлектрические лучевые волноводы волоконно-оптические Гектометровые, метровые и дециметровые волны Дециметровые, сантиметровые и миллиметровые волны Метровые, дециметровые и сантиметровые волны Миллиметровые волны и волны оптического диапазона /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
Расчет
Вначале вычислим коэффициент отражения от нагрузки
/>
Далее вычислим коэффициент стоячей волны в ЛП между нагрузкой итрансформатором
/>
Максимальная мощность в двухпроводной ЛП
/>
Максимальная мощность в нагрузке
/>
Максимально действующее напряжение стоячей или бегущей волны
/>
Зависимость коэффициента отражения от расстояния lдо нагрузки имеет вид
/>
где /> – коэффициентотражения нагрузки в сечении />
/>
Требуется определить такое значение электрической длины линии />, при которой сопротивление/> будет действовать, в этомслучае возможно согласование при помощи /> –трансформатора.
Из последнего выражения получим
/>
только в этом случае сопротивление будет действительным
/>
/>
/>
/>
Решениемуравнения является корень
/>
Тогда
/>
Выбираем наименьшее значение /> ивычисляем расстояние, на котором должен быть включен трансформатор
/>
Определим сопротивление нагрузки четвертьволнового трансформатораи проверим, действительно ли оно. Сопротивление найдем через коэффициентотражения
/>
Такжепроверим по формуле
/>
Вычислим волновое сопротивление ЛП четвертьволновоготрансформатора для согласования генератора с внутренним активным сопротивлением/> с произвольной нагрузкой />
/>
Вычислим коэффициент отражения от трансформатора
/>
Построение графика распределения амплитуды
В ЛП между трансформатором и нагрузкой /> напряжениеопределяется так
/>
График строим для случая максимальной мощности
/>
/>
В трансформаторе /> напряжениеопределяется по формуле
/>
Для случая максимальной мощности имеем
/>
/>
Тогда график будет иметь вид
/>
Вычислим КПД линии на частоте />,при которой коэффициент затухания />
/>
Pвх – мощность выделенная в нагрузке, PГ – мощность падающей волны, отдаваемой генератором в ЛП.
Вывод
В ходе данной работы мы обеспечивали согласованноеподключение ЛП к нагрузке с заданным сопротивлением. В качестве согласующегоустройства выбран четвертьволновый трансформатор, рассчитано сопротивлениетрансформатора и место включения его в линию передачи. Определена максимальнодопустимая мощность в нагрузке и КПД линии на заданной частоте. В ходе работыпостроены графики зависимостей амплитуды напряжения от координаты, коэффициентабегущей волны от длины волны KБВ(λ).
Списоклитературы
1) В.В. Никольский, Т.И. Никольская,Электродинамика и распространение радиоволн: Учеб. пособие для вузов. – М.:Наука, 1989. – 544 с.
2) Д.М. Сазонов, Антенны иустройства СВЧ: Учеб. для радиотехнич. спец. вузов. – М.: Высшая школа, 1988. –432 с.: ил.