Материал: Практикум 12 измерение сопротивления нагрузки и настройка волноводной линии в режим бегущей волны москва 2022

Таким образом, если известно хотя бы одно эквивалентное сопротивление (проводимость) в каком-либо сечении линии, с помощью круговой диаграммы легко найти эквивалентное сопротивление (проводимость) в любом другом сечении. Как правило, сначала определяют сопротивление нагрузки, т.е. эквивалентное сопротивление в сечении z=0. Для этого производят два опыта, структурная схема, которых показана на рисунок 13Рисунок 13В опыте короткого замыкания (опыт а) определяется положение двух соседних узлов амплитуды напряжения, находящегося в пределах рабочего участка измерительной линии, и таким образом измеряется длина волны . Далее подключается нагрузка (опыт б) и определяется отношение минимальной к максимальной амплитуде напряжения - КБВ, а также местоположение одного, абсолютно любого, минимума напряжения, находящегося в пределах рабочего участка измерительной линии. После этого определяется смещение узла в опыте б) относительно любого из двух найденных в опыте а) узлов напряжения или . Как правило, величина смещения определяется меньшой среди величин или . На рисунке 13 это величина . Поскольку нормированное сопротивление в узле при опыте КЗ равно 0, что совпадает с нагрузкой опыта а), делается вывод что расстояние от нагрузки до узла опыта а) равняется целому числу полуволн. Тогда нормированное сопротивление в том же самом сечении, но уже при опыте б) будет равно нормированному сопротивлению нагрузки и, следовательно, необходимо пересчитать нормированное сопротивление из минимума напряжения в опыте б) в то сечение где в опыте КЗ был узел напряжения, т.е. на величину . Так как эквивалентное нормированное сопротивление в узле амплитуды напряжения чисто активно и равно КБВ [2, 3], то нормированное сопротивление нагрузки может быть определено как

, (5)где знак “-“ указывает что направление пересчета противоположно направлению смещения . Наиболее просто определение нормированного сопротивления нагрузки, как частный случай использования формулы пересчета, может быть проведено с помощью круговой диаграммы, как показано на рисунке 14.Рисунок 14Допустим, при подключении нагрузки узел амплитуды напряжения сместился на величину λ в сторону к нагрузки, а величина КБВ составила КБВ₁. Тогда для нахождения сопротивления нагрузки и эквивалентных сопротивлений, в сечениях отстоящих от нагрузки на заданное расстояние, необходимо выполнить следующие операции, схематично показанные на рисунке 14.

1. 
   Поскольку узел в режиме подключения нагрузки сместился в сторону к нагрузке относительно опыта КЗ, а пересчет сопротивления производится из узла в режиме подключения нагрузки в узел опыта КЗ (см. рисунок 13) на круговой диаграмме в сторону противоположную смещению узла, в нашем примере в сторону генератора, по внешнему кругу откладывается величина λ.
   
2. 
   Из центра круговой диаграммы в точку, отложенную на внешнем круге в п.1 проводится отрезок. Также на круговой диаграмме находится пунктирная окружность постоянного КБВ=КБВ₁. Пересечение этой окружности и отрезка и есть точка сопротивления нагрузки Z_н.
   
3. 
   Для нахождения эквивалентных сопротивлений с шагом 0.05 , как требуется в задании к расчетной части, из центра круговой диаграммы в сторону к генератору проводятся вспомогательные отрезки соединяющие центр круговой диаграммы и точки на внешнем круге с координатами λ+n∙0.05λ, где . Полученные точки пересечения этих отрезков с пунктирной окружностью постоянного КБВ=КБВ₁ и есть эквивалентные сопротивления в соответствующем сечении (см. рисунок 14). Например, точка С на рисунке 14 соответствует эквивалентному сопротивлению в сечении отстоящим от нагрузки на λ.
   
4. 
   Полученные значения сопротивления нагрузки и эквивалентных сопротивлений объединяются в одну таблицу, после чего строится график, согласно требованиям пункта 2 задания к расчетной части.
   

П.3 КОМПЕНСАЦИОННЫЙ МЕТОД НАСТРОЙКИ ЛИНИИ В РЕЖИМ БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ Существует несколько методов согласования нагрузки с Z_в линии [1-3]. В данной лабораторной работе используется метод, предложенный Татариновым [2, 3]. Идея метода состоит в следующем. Если линия нагружена на сопротивление, не равное Z_в, появится отраженная волна. При правильном выборе места включения и величины реактивного сопротивления (проводимости) этого элемента поле отраженной от него волны будет равно по амплитуде и противоположно по фазе, поля отраженному от нагрузки. В результате отраженные волны скомпенсируют друг друга (отсюда и название метода) и в линии от генератора до места включения согласующего элемента будет только бегущая волна.Идею настройки линии в режим бегущей волны можно объяснить также пользуясь понятиями эквивалентных сопротивлений и проводимостей. Эквивалентная нормированная проводимость линии Y^’(z)=1/Z^’(z)=g(z)+ib(z) согласно (2) представляет собой периодическую функцию с периодом λ. Как видно из рисунка 15 на протяжении половины длины волны существуют два сечения в линии, где активная часть нормированной проводимости g(z)=1. В сечении “А” эквивалентная проводимость линии имеет емкостной характер (b₁>0), а в сечении “Б” индуктивный (b₂<0). Если в сечении “А” включить параллельно чисто индуктивное сопротивление c отрицательной проводимостью –b₁, то суммарная проводимость в сечении “A” будет чисто активной и равной 1 (g₁=1). Тогда на участке от генератора до места включения реактивности будет только бегущая волна. Аналогично можно добиться настройки линии в режим бегущей волны и в сечении “Б”, где согласующий элемент должен иметь емкостное сопротивление. Рисунок 15 Рисунок 16Положение сечений “А” и “Б” и проводимости согласующих элементов находится по круговой диаграмме следующим образом. Поскольку в этом методе согласующий элемент включается в линию параллельно удобнее пользоваться понятиями эквивалентных проводимостей, поэтому необходимо по заданному нормированному сопротивлению нагрузки

Z_ннайти нормированную проводимость Y_н. Для этого на круговой диаграмме откладывается точка Z_н по правилам описанным в приложении 2. Затем через эту точку проводится пунктирная окружность КБВ=const. Отрезок, соединяющий центр круговой диаграммы и точку Z_н, поворачивается на 180⁰, что соответствует пересчету на λ/4 по круговой диаграмме. Точка пересечения зеркального отрезка и пунктирной окружности и есть Y_н. Вся процедура нахождения Y_н показана на рисунке 16.На рисунке 17 показано нахождение место включения ( λ) согласующего элемента и определение величин проводимости согласующих элементов при его включении в сечение “А” и “Б” с помощью круговой диаграммы.Рисунок 17Поскольку активная проводимость линии путем параллельного включения реактивного согласующего элемента изменена быть не может, очевидно, что согласующий элемент может быть помещен только в то сечение линии, где нормированная активная проводимость линии равна 1. На круговой диаграмме имеется две точки (А и Б) пересечения пунктирной окружности КБВ=const c окружностью равных активных проводимостей g=1. Расстояние от нагрузки до точки А ( λ) определяется на внешнем круге по часовой стрелке, поскольку согласующее устройство включается перед нагрузкой, т.е. ближе к генератору. Аналогично определяется и расстояние до точки Б ( λ). При включении согласующего элемента в сечение “А” его реактивная проводимость должна компенсировать реактивную проводимость линии в точке А. Как мы видим по рисунку 17 реактивная проводимость в точке А положительна ( ) поэтому согласующий элемент должен иметь отрицательную реактивность что соответствует индуктивной диафрагме. При включении согласующего элемента в сечение “Б” реактивная проводимость отрицательна ( ), поэтому наш согласующий элемент должен иметь положительную проводимость

, что соответствует емкостному штырю.