Реализация схемы широкополосно согласующего устройства

Аналогично процедуре, используемой при синтезе фильтров, синтез широкополосно согласующего устройства начнем с построения низкочастотного прототипа с последующим переходом к схеме согласования в полосе частот путем частотного преобразования.

При построении низкочастотного прототипа в качестве примера рассмотрим нагрузку в виде последовательного соединения индуктивности и активного сопротивления (рис. 4.2.б).

Согласующую схему построим в виде реактивной LC цепи и идеального трансформатора. Задача LC цепи –компенсация изменения реактивной части сопротивления (проводимости) контура в полосе согласования, трансформатора – преобразование активного сопротивления (проводимости) нагрузки.

Возникает вопрос, каким должен быть элемент согласующей схемы, ближайший к нагрузке. Возможны следующие варианты: последовательная индуктивность, последовательная емкость, параллельная индуктивность, параллельная емкость. Варианты с последовательной либо параллельной индуктивностью отпадают, поскольку это сразу приведет к увеличению суммарной индуктивности нагрузки и, следовательно, в соответствии с (4.3) к уменьшению полосы согласования. Последовательно включенная емкость приводит к сужению полосы согласования за счет ограничения передачи на нижних частотах. Единственный вариант, не ухудшающий частотную характеристику, это параллельное включение емкости на входе нагрузки. Полная схема согласования получается оптимальной, если она имеет вид, представленный на рис. 4.5.

Рис. 4.5 Низкочастотный прототип схемы согласования

В случае если нагрузка представляет собой последовательное соединение емкости и активного сопротивления, первым элементом выбирается параллельно включаемая индуктивность.

Переход к схеме согласования в полосе частот происходит путем замены частотной переменной

где центральная частота полосы согласования.

Рис. 4.6 а) схема широкополосного согласования последовательного резонансного контура; б) схема широкополосного согласования параллельного резонансного контура.

При таком преобразовании в схеме на рис.4.5 происходит замена последовательной индуктивности на последовательное соединение емкости и индуктивности, образующих последовательный контур с резонансной частотой , а параллельно включенная в тракт емкость преобразуется в параллельный резонансный контур с той же частотой резонанса.

Одновременно индуктивность нагрузки заменяется последовательным резонансным контуром (рис.4.6а). При бесконечном числе элементов согласующей схемы частотная характеристика согласования стремится к прямоугольному виду, а ограничение на полосу согласования описывается соотношением (4.5).

На практике число согласующих элементов выбирают не более 3-5, поскольку их дальнейшее увеличение приводит к слабому расширению полосы согласования при значительном усложнении процесса настройки. Наиболее часто согласование проводится с использованием одного резонансного согласующего контура и трансформатора. Схема согласования в этом случае приобретает вид, показанный на рис. 4.7. При этом роль резонансного согласующего контура в диапазоне СВЧ может выполнять реактивный шлейф, а согласующего трансформатора – четвертьволновый трансформатор (рис.4.7б). При этом задача шлейфа состоит в компенсации в полосе частот реактивной составляющей нагрузки, а трансформатор преобразует активное сопротивление.

Рис. 4.7 Схема широкополосного согласования одним компенсирующим контуром и трансформатором: а) нагрузка эквивалентна последовательному резонансному контуру; б) нагрузка эквивалентна параллельному резонансному контуру

Частотные зависимости КБВ при согласовании бесконечным числом реактивных элементов и одним компенсирующим контуром и трансформатором показаны на рис 4.8.

Рис. 4.8 Вид частотной зависимости КБВ при широкополосном согласовании резонансной нагрузки бесконечным числом согласующих элементов (кривая 1) и одним компенсирующим контуром и трансформатором (кривая 2)

Учитывая указанное выше разделение полномочий между шлейфом и трансформатором их можно поменять местами и сначала преобразовать активную составляющую сопротивления, а потом компенсировать реактивность.

Подробное рассмотрение процедуры согласования резонансной нагрузки проводится на практических занятиях, а также выполняется во второй части типового расчета.

Поиск по сайту: