Файл: Негурей, А. В. Конструкции и техника СВЧ учебное пособие.pdf

структивно. В этом случае п выбирается отличным от нуля, т. е. длина линии увеличивается на целое число полуволн, условие резонанса сохраняется.

Следует отметить, что подобные колебательные системы являются многоволновыми, т. е. при выбранной геометриче­ ской длине линии они одновременно могут резонировать на нескольких частотах, причем каждой частоте будет соответ­ ствовать свое значение п и /ь «Многоволновость» является вообще характерным свойством колебательных систем с рас­ пределенными параметрами и составляет существенное отли-

Рис.. 5. Эквивалентная схема колебательной сис­ темы, состоящей из начальной емкости С0 и от­ резка линии с распределенными параметрами.

чие от свойств низкочастотных резонансных контуров, что* всегда необходимо учитывать при конструировании СВЧ ко­ лебательных систем.

Уравнение (3) позволяет определить резонансную длину линии передачи. Чтобы провести электрический расчет си­ стемы, удобно воспользоваться эквивалентной схемой с со­ средоточенными эквивалентными параметрами.

Эквивалентная схема резонансной системы, образованнойсосредоточенной емкостью С0 и отрезком короткозамкнутой линии, представлена на рис. 5. Причем контур Ск, LK с соб­ ственной резонансной частотой соо'>юо эквивалентен короткозамкнутому бтрезку линии. На частоте мо контур Сп, LK экви­

лось, в реальной схеме роль индуктивности Ьэ играет входное сопротивление короткозамкнутого отрезка линии. Характери­ стическое сопротивление эквивалентного контура

10

Таким образом, добротность колебательной системы мож­ но определить по известным частотным характеристикам реактивных сопротивлений ветвей контура и эквивалентному

метод определения добротности и резонансного эквивалент­ ного сопротивления [3] назван импедансным и весьма успешно применяется для расчета и исследования контуров коакси­ ального типа. С увеличением числа п условие резонанса (3) сохраняется, но частотная зависимость входного сопротивле­ ния линии увеличивается, т. е. растет значение производной

d X L (со)

rfco ш=о>0 , что в соответствии с формулой (10) говорит

о росте добротности. Но с увеличением п возрастает длина ли­ нии, что приводит к росту потерь и увеличению гэ, поэтому рост добротности замедляется, а величина эквивалентного резонансного сопротивления R30 снижается (5). И Q, и /?эо увеличиваются с уменьшением потерь в системе, т. е. с умень­ шением г3.

§ 4. Общие вопросы конструирования СВЧ колебательных систем

В этом параграфе основное внимание уделено вопросам конструирования СВЧ колебательных систем метрового и де­ циметрового диапазонов, образованных отрезками линий пе-

12

редачи и электронными лампами. Наличие сосредоточенной межэлектродной емкости у лампы и подключаемой к ней ли­ нии с индуктивным входом позволяют называть такие си­ стемы СВЧ контурами. СВЧ контуры находят широкое при­ менение, и в то же время их конструирование представляет значительную трудность, заключающуюся в том, что высокое качество резонансной системы (высокое значение добротно­ сти, резонансного сопротивления и т. д.) необходимо получить при наличии электронной лампы и сложных элементов конст­ рукции.

Выбор типа конструкции колебательной системы опреде­ ляется прежде всего ее назначением и диапазоном рабочих частот. Открытые системы, например системы на двухпровод­ ных линиях, обладают приемлемыми характеристиками в диа­ пазоне метровых волн, поскольку в этом диапазоне потери энергии, связанные с поверхностным и антенным эффектами, еще малы, а по'габаритам и весу они значительно меньше закрытых систем.

В дециметровом диапазоне (Х= 10-е 100 с.м) чаще приме­ няются закрытые колебательные системы (тороидальные, коаксиальные, спиральные), обладающие в этом диапазоне милыми собственными потерями. На более длинных волнах закрытые системы становятся в большинстве случаев непри­ емлемыми по габаритам и весу.

При проектировании СВЧ колебательных систем обычно ставится одна из следующих задач: получить колебательную систему с максимальной добротностью (резонаторы волно­

колебательную систему, но с высоким резонансным сопротив­ лением (например, резонаторы широкополосных СВЧ уси­ лителей).

Обеспечить высокую добротность системы это, значит, уве­ личить запас ее энергии и уменьшить собственные потери. Первое, как уже отмечалось, требует увеличения объема, в котором запасается энергия, т. е. увеличения габаритов си­

ния /?яо зависит от собственных потерь колебательной си­ стемы, которые так же, кай и в случае высокодобротных си­ стем, должны быть сведены к минимуму. Высокое резонанс­ ное сопротивление повышает и коэффициент полезного дей­

13

ствия системы, поскольку малые собственные потери позво­ ляют направить большую часть энергии к полезной нагрузке при той же величине запасенной энергии.

Уменьшение физических размеров колебательной системы может быть достигнуто двумя путями. Из уравнения (3) сле­ дует, что резонансная длина линии контура 1Хувеличивается с уменьшением ее волнового сопротивления Z0. Этим можно

объем, в котором запасается энергия, будет уменьшен, не­ смотря на несколько возросшую длину lh Таким образом, снижением волнового сопротивления линии при определенных условиях можно добиться сокращения объема системы и ее габаритных размеров. Второй путь уменьшения размеров колебательной системы заключается в ее рациональном кон­ струировании, что иллюстрируется примером 1.

Пр и м е р I. Предположим, что нужно сконструировать анодно-сеточный контур широкополосного СВЧ усилителя, работающего с металлокерамическим триодом типа ГИ-70Б на длине волны Х = 20 см. Расчет геометрической длины ко­ роткозамкнутой коаксиальной линии по формуле (3) пока­ зывает, что при волноводном сопротивлении линии Z0 = 60 Ом и емкости сетка—анод Сса= 5 пФ работа на основной волне невозможна, поскольку Л = 10 мм, а уменьшение Z0 в пределах возможного, например до 40ч-30 Ом, не увеличивает сущест­ венно этого размера. Постараемся уменьшить габариты си­ стемы за счет рационального конструирования. На рис. 6 по­ казана схема конструкции анодно-сеточного контура, в кото­ рой контакт сеточного цилиндра металлокерамической лампы с коаксиальной короткозамкнутой линией осуществляется в точках 9, находящихся вблизи катода лампы 4. При таком выборе точки контакта контур становится двусторонним, т. е. существуют два отрезка короткозамкнутой коаксиальной ли­ нии, расположенные слева (I) и справа (II) от промежутка сетка—анод. Входное сопротивление каждого участка линии должно быть индуктивным. Как видно, объем контура дву­

14