Согласование линии передачи с помощью шлейфа. Согласование сопротивлений в линии передачи. Согласование линии передачи с нагрузкой

Нагрузка, подключенная к концу линии передачи, называется согласованной, если её нормированное сопротивление или проводимость равны единице: В линии устанавливается режим бегущей волны. На практике возникают ситуации, когда условие не выполняется и в то же время линию и нагрузку изменять запрещено. В этих условиях необходимо изыскать способ обеспечения в линии режима бегущей волны, причем вся мощность этой волны должна поглощаться в нагрузке.

Общий принцип, который кладется в основу при решении этой проблемы, состоит в том, что нагрузка подключается к линии не непосредственно, а через согласующий трансформатор (рис. 6.5, а ).

От трансформатора требуется, чтобы он трансформировал проводимость подключенную к его выходным клеммам, в проводимость, равную единице на его входных клеммах:

Это есть условие согласования, при котором в линии устанавливается режим бегущей волны. Поскольку отраженной волны нет, а в трансформаторе потери должны отсутствовать, вся мощность падающей волны поглощается в нагрузке.

Трансформаторы, применяемые на СВЧ, выполняются на отрезках линий. Рассмотрим устройство трансформа-тора, реализующего так называемое одношлейфное согласование (рис. 6.5, б ). Трансформатор представляет собой отрезок линии длиной , на входе которого включена параллельная реактивная неоднородность, имеющая нормированную проводимость . Полная проводимость на входе трансформатора складывается из двух параллельно включенных проводимостей: проводимости и проводимости Эта вторая проводимость представляет собой проводимость нагрузки, трансформированную к входным клеммам отрезком линии длиной . Итак:

Подстановка (6.10) в (6.11) дает условие согласования в виде двух равенств:

(6.13)

Условие (6.12) можно удовлетворить путем выбора такой относительной длины трансформирующего отрезка чтобы активная часть проводимости была равна единице: Условие (6.13) можно удовлетворить подбором реактивной проводимости (проводимости шлейфа): ; Приведём пример расчета.

Задача. Проводимость нагрузки Длина волны в линии Рассчитайте длину трансформирующей секции и реактивную проводимость , при которых в основной обеспечивается режим бегущей волны.

Решение. Нанесем на диаграмму проводимостей точку 1, соответствующую (рис. 6.6). Отсчет по шкале «к генератору», соответствующий этой точке, равен 0,222, а КБВ = 0,23. Перемещаясь по окружности КБВ = 0,23 к генератору, непременно доходим до точки 2, через которую проходит окружность . Отсчет по шкале перемещений, соответствующий точке 2, равен 0,32, а значение реактивной проводимости здесь Таким образом, на расстоянии от нагрузки трансформированная проводимость Чтобы компенсировать реактивную проводимость , проводимость шлейфа нужно выбрать равной Итак, длина трансформирующего отрезка Если линия передачи – волновод, то в качестве шлейфа можно взять емкостную диафрагму, подобрав ее ширину по формуле (6.9).

Из рис. 6.6 видно, что имеется другой вариант трансформатора: в точке 2" на круговой диаграмме проводимость , так же, как и в точке 2, имеет активную часть, равную единице. В этом случае реактивный шлейф должен иметь индуктивную проводимость, а длина отрезка должна быть больше, чем в рассчитанном случае.

Порядок выполнения работы

1. Нахождение условных концов линии и длины волны в волноводе. Установите частоту генератора, заданную преподавателем. Подключите к концу ИЛ заглушку и определите положение двух соседних условных концов линии. Определите длину волны в волноводе и сравните ее с расчетным значением, найденным по формуле (3.19).

2. Определение входной проводимости подвижной нагрузки. Подключите к концу ИЛ подвижную нагрузку и установите перемещаемый клин в какое-нибудь фиксированное положение (начальный отсчет по шкале нагрузки должен быть не очень велик – не более 10...15 мм). Измерьте нормированную проводимость нагрузки, отнесенную к ее входному фланцу. Методика измерений по 4.8, но с учетом того, что измеряется проводимость, а не сопротивление. Приведите эскиз (типа рис. 1.6). Рассчитайте относительные расстояния и . Пользуясь круговой диаграммой, определите и . В отчете необходимо поместить рисунок (типа рис. 4.7) с указанием всех числовых данных, получаемых при построении на круговой диаграмме. Точка должна быть на нижней полуоси диаграммы проводимостей.

3. Расчет одношлейфного согласования. Дальнейшей задачей является одношлейфное согласование подвижной нагрузки с проводимостью , определенной в 6.2. По методике 6.6 рассчитайте минимальную длину трансформирующего отрезка и проводимость реактивного шлейфа . Определите, какую диафрагму (индуктивную или емкостную) нужно включить в качестве шлейфа, и по (6.8) или (6.9) найдите размер окна диафрагмы С . В отчете приведите полный расчет согласующего трансформатора по схеме задачи из 6.6 (иллюстрация типа рис. 6.6 обязательна).

4. Проверка качества согласования. Из имеющегося набора выберите диафрагму с нужным Вам размером окна С . Разместить ее можно только в плоскости выходного фланца ИЛ. Соберите схему рис. 6.7. Если Вы оставите отсчет по шкале нагрузки равным , то расстояние между диафрагмой и нагрузкой будет равно нулю, тогда как оно должно быть равно . Поэтому сместите перемещенный клин на от диафрагмы. Тогда отсчет по шкале нагрузки должен быть ( + ). Измерьте КБВ в ИЛ. Он должен оказаться существенно ближе к единице, чем в п. 2. Идеального согласования может и не получиться, поскольку диафрагма рассчитывалась по приближенной формуле. Поэтому попытайтесь путем небольших смещений нагрузки повысить КБВ в ИЛ (скорректированный КБВ).

5. Частотная зависимость согласования. Ничего не изменяя в узле «нагрузка – трансформатор» измерьте зависимость КБВ в ИЛ от частоты. Шаг по частоте 100...200 МГц. Количество частотных точек по 3–4 выше и ниже рабочей частоты. При изменении частоты не забывайте перестраивать резонатор ИЛ. Постройте график.

6.7. Контрольные вопросы

1. Как записываются напряжение и ток в виде волн через коэффициент отражения?

2. Какова связь коэффициента отражения и нагрузки?

3. Что такое входное сопротивление линии, и какова его формула?

4. Что такое входная проводимость линии, и какова ее формула?

5. Как меняется сопротивление (или проводимость) вдоль линии?

6. Каково сопротивление (или проводимость) в точках минимума и максимума напряжения и как оно связано с КБВ и КСВ?

7. В чем отличие и сходство круговых диаграмм сопротивлений и проводимостей?

8. Как вводятся понятия нормированных сопротивлений (или проводимостей) волноводов?

9. Что собой представляет продольная координата на круговой диаграмме сопротивлений (или проводимостей) для волноводов?

10. Как возникает вторичное (рассеянное) поле, отраженное от диафрагмы?

11. Как может быть представлена реактивная часть вторичного поля созданного диафрагмой? И какова его особенность?

12. Как представляется полное поле основного типа, распространяющиеся «за» диафрагмой?

13. Как пояснить, что «индуктивная» диафрагма является именно индуктивной, а «емкостная» – емкостной?

14. Покажите, как по круговой диаграмме найти входное сопротивление в сечении 2, если оно известно в сечении 1.

15. Как, зная нормированное сопротивление в некотором сечении линии, найти нормированную проводимость в том же сечении?

16. В чем состоит принцип одношлейфного согласования?

7. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЛНОВОДНЫХ ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКОВ
С ПОПЕРЕЧНЫМИ НЕОДНОРОДНОСТЯМИ

Цель работы: изучение свойств и измерение элементов матриц рассеяния волновых многополюсников.

Cтраница 1

Согласование линии по входу (RH p) обеспечивает отсутствие отражения обратной волны от начала линии и тем самым формирование однократного импульса.  

Согласования линии не требуется, если ее длина меньше четверти длины волны. В этом случае емкость отклоняющих пластин входит в емкость настроенного контура. Катушки связи и контуров должны быть рассчитаны в соответствии с теорией трансформаторной связи.  

Согласование линии как на выходе, так и на входе улучшает стабильность работы катодного повторителя. При нарушении по какой-либо причине согласования на конце линии в ней возникает отраженная от нагрузки волна. Этот эффект дополняется появлением вторичных отражений, если линия не согласована с источником сигнала. Поэтому, если можно ожидать (в процессе эксплуатации усилителя) нарушений согласования на выходе линии, то в этом случае желательно согласовать линию также на ее входе.  

Согласование линии на фиксированной частоте решается довольно просто. Для согласования нагрузки с линией применяют устройства, трансформирующие сопротивление нагрузки в активное сопротивление, равное волновому сопротивлению линии. В качестве таких устройств используют реактивные элементы, не вызывающие дополнительных потерь.  

Если согласование линии нарушено, то в средней части изображения импульса виден выброс (рис. 3 - 13i), появившийся в результате отражения. Непосредственно измеренная величина импульса не должна превышать 1 5 мм. Не должно быть также понижения или повышения плоской вершины импульса за средним выбросом.  

Физически согласование линии означает, что такая линия рассеивает всю падающую СВЧ-мощность, не создавая отраженных волн. Другими словами, в согласованной передающей линии КСВ равен единице. В спектрометре ЭПР согласованная нагрузка включается в одно из плеч двойного Г - моСта (фиг. Это облегчает согласование всего волноводного тракта.  

При согласовании линии передачи учитывается так называемое волновое сопротивление коаксиального кабеля. В основном применяют 75 - и 50-омные кабели. Это означает, что на концах таких кабелей должны быть подключены согласующие резисторы с сопротивлением 50 или 75 Ом. Емкость такой линии не учитывается, а считается только погонная задержка распространения сигналов по кабелю.  

При проверке согласования линии задержки, состоящей из 24 секций и задерживающей сигнал примерно на 0 2 мксек, контрольный сигнал подается на вход У осциллографа. Rs - Если согласование линии нарушено, то средней части изображения импульса виден выброс (рис. 10 - 5), появившийся в результате отражения.  

Идеальным условием согласования линии задержки является равенство выходного сопротивления источника сигнала сопротивлению линии на всех частотах. Основная задача каскадов, расположенных на входе и выходе линии задержки, создать условия согласования, максимально приближающиеся к идеальным. Кроме того, иногда возникает необходимость корректировать в этих каскадах искажения, вызванные затуханием и нелинейностью фазовой характеристики линии задержки. При выборе конкретных схемных решений нужно учитывать, что наилучшим является то решение, которое при прочих равных условиях обеспечивает наибольшее значение коэффициента усиления по напряжению.  

Для чего нужно согласование линии или волновода с нагрузкой.  

Так как условие согласования линии с нагрузкой состоит в том, что последняя должна иметь чисто активный характер и быть равной волновому сопротивлению линии, то можно соединить две линии, не создавая в месте соединения отражений энергии, если их волновые сопротивления одинаковы.  

Мы рассмотрели методы узкополосного и широкополосного согласования линии с нагрузкой, сводящиеся к внесению в линию реактивных элементов, компенсирующих отражения от нагрузки. Эти методы применяются в том случае, когда нагрузка представляет собой узкополосную резонансную систему.  

Согласование линии передачи с нагрузкой.

Под согласованием линии передачи с нагрузкой понимают мероприятия по обеспечению передачи возможно большей части передаваемой линией мощности от генератора в нагрузку в заданном диапазоне частот.

Идеальное согласование предусматривает передачу всей передаваемой от генератора мощности в нагрузку. В широкополосных системах связи рассогласование линии с нагрузкой может вызывать искажение передаваемой информации и значительному увеличению уровня шумов в тракте. Обычно коэффициент отражения в таких системах во всей рабочей полосе частот не должен превышать 0,02…0,05 (КСВН от 1,04…1,1).

Общие принципы согласования нагрузки с линией передачи.

Согласование может осуществляться как с преобразованием типа волны, так и без преобразования типа волны. Согласование с преобразованием типа волны также называют возбуждением. При согласовании необходимо выполнить следующие условия.

1. заключается в возможности существования требуемого типа волны в нагрузке. Для этого требуется правильно подобрать форму и рассчитать размеры нагрузки.

2. Заключается в возможно полном совпадении структуры поля в нагрузке и линии передач. Для его осуществления применяются преобразователи типов волн.

3. С точки зрения теории цепей заключается в равенстве выходного сопротивления передающей линией комплексно сопряженному входному сопротивлению нагрузки. Так как в случае режима бегущей волны в линии передачи и ее выходное сопротивление чисто активное, то необходимо для компенсации реактивной составляющей сопротивление нагрузки вводить в линию передачи реактивные элементы.

С точки зрения теории электромагнитного поля при отражении от нагрузки образующаяся отраженная волна компенсируется волной, отраженной от реактивного элемента, вводимого в линию передачи, если эти волны будут равны по амплитуде и противоположны по фазе, то есть используется явление интерференции волн.

В результате введения согласующего элемента часть волны от него отражается и в направлении нагрузки, а затем снова к устройству и так далее. При этом на участке между согласующим устройством и нагрузкой образуется, за счет этих переотражений, стоячая волна, запасающая энергию, которая в нагрузку уже не поступает. Величина этой запасенной энергии зависит и от расстояния между согласующим элементом и нагрузкой. Чем больше это расстояние, тем большая энергия запасается. Следовательно, согласующий элемент должен по возможности ближе располагаться к нагрузке.

Узкополосное согласование.

При одном согласующем элементе при изменении частоты нарушаются фазовые соотношения между волной, отраженной от нагрузки и волной, отраженной от неоднородности и согласование нарушается. Поэтому такое согласование, при котором отражение от нагрузки устраняется полностью только на одной частоте называется узкополосным.

Методика узкополосного согласования заключается в следующем.

Проводимость нагрузки

Где , с помощью отрезка линии длинной трансформируется в проводимость , активная часть которой равна волновой проводимости линии

.

Для компенсации реактивной составляющей к точкам 1-1 подключают реактивный шлейф с сопротивлением .

В качестве согласующих элементов для активных составляющих сопротивлений либо применяют отрезок линии длинной такой, чтобы в очках 1-1 входное сопротивление отрезка линии с нагрузкой имело активную составляющую по величине равную волновому сопротивлению линии, либо применяют четвертьволновый трансформатор, который представляет собой отрезок линии длинной с волновым сопротивлением, равным

.

В качестве компенсирующих элементов для реактивных составляющих применяются штыри, диафрагмы, а также короткозамкнутые отрезки линий (шлейфы).

Примеры узкополосного согласования

1. Согласование с помощью короткозамкнутого шлейфа

Известно, что входное сопротивление в сечении линии, где находится узел , а в сечении где находится пучность

Линия питания, показанная на рис. 2.31, соединяющая генератор с нагрузкой, служит для передачи возможно большей части мощности генератора Р г к приемнику, т. е. к нагрузке этой линии. Мощность, принятую нагрузкой, обозначим через Р 2 .

Значение мощности Р 2 зависит от ряда факторов, к рассмотрению которых мы и переходим.

1. В случае, когда Z 1 = Z 0 = Z 2 и в линии отсутствуют потери, мощность, выделяемая в нагрузке, P 2 = P 1 = P 0 .

2. В линии с потерями мощность Р 2 , выделяемая в нагрузке меньше мощности P 1 , поступающей на вход линии, на величину мощности потерь Р п в этой линии, т. е Р 2 =Р 1 - Р п .

3. В случае, когда выходное сопротивление генератора Z г не согласовано с входным сопротивлением линии Z 1 =U 1 /I 1 генератор отдает в линию только часть своей мощности Р г . Рассогласование сопротивлений может быть обусловлено неравенством активных сопротивлений R г не равно R 1 либо реактивных Х г ≠ - X 1 , а также обеими этими причинами, т. е. R г + iX г ≠ R 1 - iX 1 . Следствием этих причин является выделение мощности генератора на выходных элементах его схемы, т. е. на аноде выходной лампы и т. п. Как правило, равенство R г = R 1 выполняется путем трансформации выходного сопротивления генератора, осуществляемой в его выходном контуре. Для того чтобы выполнить условие Х г = -X 1 достаточно произвести расстройку выходного контура генератора относительно резонансной частоты, что, правда, несколько изменяет значение выходного сопротивления R г . Обычно передатчик имеет ограниченный диапазон изменения Z г . Для обычных схем передатчиков можно указать следующие пределы изменения его выходного сопротивления: $30\leqslant{R_г}\leqslant{100}\;Ом$, $-300\leqslant{X_г}\leqslant{300}\;Ом. Если входное сопротивление генератора Z г значительно отличается от входного сопротивления линии, то дополнительно применяют специальные устройства согласования. Эти устройства будут подробно рассмотрены позднее (см. § 3.4 ). Здесь отметим, что такие устройства обеспечивают широкополосное согласование, однако при этом вносят дополнительные потери примерно 0,5 ... 2 дБ. Поэтому, если мы хотим избежать дополнительных потерь, следует выбирать входное сопротивление линии Z 1 так, чтобы его значение лежало в пределах изменения выходного сопротивления генератора.

4. При рассогласовании входного сопротивления нагрузки Z 2 с волновым сопротивлением линии Z 0 в последней возникает помимо падающей волны U пад и отраженная волна U отр . Обе эти волны образуют в линии питания стоячую волну (см. рис. 2.41 ). В этой ситуации мощность Р 2 , передаваемая в нагрузку, будет определяться равенством Р 2 = Р пад - Р отр , где Р пад и Р отр - мощности падающей и отраженной волны соответственно.

Отраженная волна, возвращаясь к передатчику, уменьшает уровень мощности P г до величины Р 1 = Р г - Р отр . Отметим, что в линии без потерь Р 2 = Р 1 . Это равенство не зависит от степени согласования (или рассогласования) линии питания. Тогда если Z г ≠ Z 1 , то вновь возникает отражение. Если же Z г = Z 1 , то вся мощность генератора P г попадает в нагрузку, независимо от значения коэффициента стоячей волны. Вспомним, что входное сопротивление линии зависит от длины линии l , ее волнового сопротивления Z 0 и сопротивления нагрузки Z 2 . Его значение определяется по формуле (2.84 ). И, наконец, еще раз подчеркнем, что мощность отраженной волны Р о тр не является мощностью потерь как иногда об этом пишут в книгах для радиолюбителей.

5. В линиях с потерями как падающая волна мощности Р г , так и отраженная волна мощности Р отр при распространении вдоль линии претерпевают затухание (см. рис. 2.41б ). Если хотят при использовании такой линии, имеющей кроме того рассогласование, т. е. Z 2 ≠ Z 0 , получить в нагрузке (например, в антенне) прежний уровень мощности, то необходимо увеличить уровень P г на величину ΔР г =Р зат +Р рас , где Р зат - потери мощности на затухание, Р рас - потери мощности из-за рассогласования.

Дополнительные потери в линии зависят как от потерь линии на затухание, так и от значения коэффициента стоячей волны K стU в линии. При малых значениях $K_{стU}\leqslant{2}$ дополнительные потери весьма малы и лишь только при $K_{стU}\geqslant{4}$ они могут достичь уровня собственных потерь линии на затухание. Отсюда следует, что на практике в диапазоне КВ, где собственные потери линии незначительны (A < 1 дБ ), можно допустить большой уровень рассогласования выходного сопротивления передатчика с входным сопротивлением линии питания. Если рассогласование выхода передатчика с линией очень велико, то одной из возможных мер улучшения согласования является изменение длины линии питания. Позднее (см. § 3.1 ) более подробно рассмотрим линии питания с большим значением K стU , которые получили название резонансных.

6. Дополнительные потери в линию питания вносят отдельные элементы, служащие для улучшения согласования. Целесообразность их применения решают исходя из сравнения вносимых ими потерь на затухание и дополнительных потерь из-за рассогласования (при отсутствии элементов настройки линии).

Линии передачи, предназначенные для канализации энергии СВЧ сигналов от генератора к нагрузке, работают наилучшим образом только в определенном режиме – режиме согласования. Для анализа оптимальности передачи энергии от генератора в нагрузку рассматривается следующая схема (рис. 2.11).

Рис. 2.11. Схема передачи энергии СВЧ

Генератор напряжения с э.д.с. (Э) и внутренним сопротивлением
посредством линии передачи с волновым сопротивлениемz В и постоянной распространения связывается с нагрузкой, имеющей сопротивление
. В общем случаеZ н  Z г  Z В , так что в линии передачи существуют отраженные волны.

Устранение отраженных волн достигается, например, путем создания дополнительных волн, отражающихся от согласующего устройства. Эти волны должны интерферировать, для чего требуется обеспечить равенство их амплитуд и сдвиг фаз на 180 о. Регулировка трансформаторов сводится к созданию условий, необходимых для полного погашения отраженных волн.

Согласование лини передачи означает настройку этой линии на режим бегущей волны. Рассмотрим, какие преимущества имеет согласованная линия в сравнении с несогласованной.

Максимальная отдача мощности генератора в нагрузку

Если линия передачи имеет нулевую длину L=0 (нагрузка подключена к выходу генератора), то мощность, выделяемая на активном сопротивлении нагрузки r н , равна

, (2.29)

откуда получается максимальная отдача мощности в нагрузку

. (2.30)

Таким образом, при комплексном внутреннем сопротивлении генератора нагрузка должна иметь реактивную часть, противоположную по знаку реактивности сопротивления генератора. Однако если генератор имеет чисто активное сопротивление
, максимальная отдача мощности в нагрузку получается при чисто активном сопротивлении нагрузки

В дальнейшем будем предполагать, что генератор с линией передачи согласован, т.е. условие (2.30) выполняется.

Определим, какая часть мощности выделяется на активном сопротивлении нагрузки, если Z н  Z В . В этом случае от нагрузки имеется отраженная волна. Если линия передачи не имеет потерь, то активная мощность в любом сечении линии, в том числе и на нагрузке, одинакова. Например, в пучности напряжения она равна

, (2.31)

откуда
,

где Р пад – мощность, проходящая по линии передачи в режиме бегущей волны.

Используя соотношения для К СВ можно записать мощность передаваемую в нагрузку в зависимости отКСВ

. (2.32)

Таким образом, если линия передачи не согласована с нагрузкой, часть мощности генератора отражается и отдача в нагрузку в соответствии с соотношениями (2.31) и (2.31) не максимальна.

Максимальный коэффициент полезного действия линии передачи

Предположим, что линия передачи имеет потери, характеризуемые коэффициентом затухания  . КПД линии передачи определяется как отношение мощности в концеР н к мощности в начале линииР 0

.

Мощность в начале линии (в сечении 1) рис.2.11равна

а на нагрузке (в сечении 2)

Используя эти условия, получим зависимость КПД линии передачи от величины модуля коэффициента отражения в виде

(2.33)

При Г=0 КПД максимален и равен

. (2.34)

С увеличением отражения КПД уменьшается, причем особенно сильно для больших значений

Для пропускаемой линией передачи активной мощности в пучности напряжения можно записать

. (2.35)

Если предельное напряжение U пред (или предельная мощность
) в линии задано, то оно будет определяться величиной напряжения в пучности
. Поэтому из (2.35) получаем

(2.36)

В результате, пропускаемая мощность уменьшается в   1 раз.

Рассмотрим методы построения согласующих устройств.

Общие принципы согласования нагрузки с линией передачи

Независимо от характера и типа согласующего устройства, а также полосы частот, в пределах которой сохраняется согласование, схема согласования имеет вид рис. 2.12.

Назначение согласующего устройства – устранить отраженную от нагрузки волну. Эту задачу решают двумя различными методами:

 путем поглощения отраженной волны в согласующем устройстве. При этом падающая волна проходит через согласующее устройство практически без потерь.

путем создания в линии передачи с помощью согласующего устройства еще одной отраженной волны, амплитуда которой равна амплитуде волны, отраженной от нагрузки. Фазы обеих отраженных волн отличаются на 180 0 . В результате отраженные волны компенсируют друг друга.

Первый метод согласования основан на применении либо мостовых схем, либо невзаимных устройств.

Согласующее устройство второго типа обычно состоит из реактивных элементов и практически не вносит потерь. Оно позволит получить входное сопротивление на стыке с линией, равное волновому Z вх =Z В . В результате, в линии, левее места стыковки образуется бегущая волна.

Узкополосное согласование (УС). В задаче узкополосного согласования согласующие элементы строят из соображения получения полного согласования (Г=0) на одной фиксированной частоте. Степень согласования линии передачи с нагрузкой оценивается по характеристике согласования, которая представляет собой зависимость модуля коэффициента отражения от частоты . Полоса УС равна нескольким единицам процентов от  0 .

С энергетической точки зрения наибольший интерес представляет согласование с помощью недиссипативного четырехполюсника. Согласующее устройство должно обладать свойствами идеального трансформатора, преобразующего высокочастотные напряжения, токи и полные сопротивления из одного сечения в другое без внесения активных потерь. Такими трансформаторами могут быть индуктивные, емкостные диафрагмы и другие неоднородности, включаемые в линию.

Методика УС заключается в следующем. Проводимость нагрузки выражается через активную и реактивную проводимости

, (2.37)

где G н 0, с помощью отрезка линии длинойl трансформируется в проводимость Y 1, активная часть которой равна волновой проводимости линии, т.е.

. (2.38)

Реактивную часть проводимости Y 1 компенсируют путем параллельного включения в линию равной по величине и противоположной по знаку реактивной проводимости (-iB 1). В результате входная проводимость нагрузки на зажимах11 (рис.2.13) становится чисто активной и равной волновой проводимости, т.е. линия нагружается на сопротивление, равное ее волновому сопротивлению, что соответствует идеальному согласованию. Заменив везде термины проводимость на сопротивление можно придти к схеме согласования, где компенсирующее реактивное сопротивление (-iX ) включается в линию последовательно.

Рассмотрим наиболее распространенные типы трансформаторов полных сопротивлений.

Реактивные шлейфы. Отрезок линии передачи с режимом короткого замыкания или холостого хода в сечении нагрузки. Из формул трансформации (2.18) и (2.19) следуют формулы реактивных сопротивлений и проводимостей шлейфов:

, (2.39)

. (2.40)

Отрезки короткозамкнутых линий с длиной менее полуволны часто используют в качестве согласующих элементов, а также в качестве элементов колебательных контуров с распределенными параметрами. Разомкнутые отрезки применяют значительно реже. Причем в полых волноводах и многих других линиях передачи режим холостого хода нежелателен из-за интенсивного излучения выходного отверстия.

Диафрагмы в волноводах. Тонкая металлическая пластина с отверстием, помещенная в сечении волновода, называется диафрагмой. Диафрагмы используют как реактивные элементы для согласования сопротивлений.

На рис. 2.14?,а схематично изображена симметричная диафрагма в волноводе прямоугольного сечения. Диафрагма имеет прямоугольное сечение с размерами а / и b. Для волны Н 10 диафрагма возмущает магнитное поле, и поэтому данная неоднородность может быть представлена в виде индуктивности (рис. 2.14,a). Диафрагма носит название индуктивной. Относительную величину реактивного сопротивления можно вычислить по следующей приближенной формуле

(2.41)

На рис. 2.14,b изображена емкостная симметричная диафрагма и ее эквивалентная схема для Н 10 волны. Диафрагма такой конфигурации сильно возмущает электрическое поле волны. Относительное значение нормированной проводимости приближенно выражается так:

, (2.42)

где Y B =1/ Z B – волновая проводимость.