Нерегулярные четырехполюсники или длинные линии (стр. 7 из 9)

Таблица 2.3

Зависимость параметров рис. 2.16,б от коэффициента магнитной связи k

k	x	, дБ	, рад
0,85 0,90 0,95 0,99	3,9 5,1 8,4 31,9	1,552 0,977 0,460 0,088	0,225 0,170 0,097 0,025	0,035 0,027 0,015 0,004

При увеличении коэффициента магнитной связи продольные габаритные размеры уменьшаются, а перекрытие диапазона x увеличивается.

2.10. Замыкание полюсов отрезка линии по диагонали с одновременной изоляцией одного из них

Два варианта такого устройства, соответствующие горизонтальному либо вертикальному расположению отрезка НВЛ в устройстве, показаны на рис. 2.24,а,б. С целью предельного укорочения короткозамыкающей диагонали на практике НВЛ свертывают в кольцо (рис. 2.25,а,б). Получаем 2х2-полюсную подсхему НВЛ, которая может служить согласующим устройством.

Схема замыкающей по диагонали полюсов линий при одновременной изоляции одного полюса

Рис. 2.24

Кольцевые варианты реализации схем

а – схема рис. 2.24,а

б – схема рис. 2.24,б

Рис. 2.25

К замене НВЛ полным четырехугольником в схеме рис. 2.24,б

Рис. 2.26

Схема рис. 2.26, преобразованная к виду П-образного 2Х2-полюсника

Рис. 2.27

Схема несимметричного П-образного 2Х2-полюсника канонического вида

Рис. 2.28

Частотная характеристика рабочего затухания схем рис. 2.24,а,б

Рис. 2.29

Направление токов, показанное на рис. 2.24, а, б во внутренней и внешней части устройства, подтверждает, что внешняя цепь устройства является 2Х2-полюсником, а внутренняя часть (НВЛ) — 4Х1-полюсником. Рассмотрим вариант с вертикальным расположением НВЛ (рис. 2.24,6). Замещая последнюю полным четырехугольником, получаем схему, изображенную на рис. 2.26. После топологических преобразований приводим ее к виду рис. 2.27, в упрощенном виде — рис. 2.28. Последняя описывается а-матрицей

, (2.40)

, (2.41)

. (2.41)

Отсюда

. (2.42)

Частотная зависимость рабочего затухания рассматриваемого устройства (оно относится к согласующим устройствам), найденная в соответствии с (2.42), приведена на рис. 2.23. При увеличении коэффициента магнитной связи между проводами НВЛ зависимость, изображенная на рис. 2.29, расширяется в сторону малых значений

. Иначе говоря, габаритные размеры согласующего устройства уменьшаются, а широкополосность увеличивается. Это иллюстрируют данные табл. 2.4.

Таблица 2.4

Зависимость параметров устройства рис. 2.24 от k

k	X	, дБ	, рад
0,85 0,90 0,95 0,99	5,15 7,50 13,4 32,8	0,012 0,006 0,002 0,0005	0,26 0,17 0,09 0,035	0,041 0,027 0,014 0,005

Из табл. 2.4 следует, что увеличение коэффициента магнитной связи k от 0,85 до 0,99 увеличивает перекрытие диапазона х в 6,4 раза при одновременном уменьшении продольных размеров в 8,2 раза. В предельном случае

(область низких частот) матрица рассматриваемого устройства упрощается

. (2.42)

В (2.42) величина

имеет смысл собственного индуктивного сопротивления одного провода линии. Частотная зависимость рабочего затухания, найденная с помощью (2.42), изображена на рис. 2.29 штриховой линией. Из рис. 2.29 следует, что приближенную теорию можно применять в интервале рад, т. е. при . Если, продолжая идеализацию, положить k=1, то а-матрица (2.42) упрощается еще более

. (2.43)

Таким образом, в низкочастотном диапазоне при сильной магнитной связи между проводами НВЛ рассматриваемое устройство можно представить в виде идеального трансформатора с n=1:2, зашунтированного собственным индуктивным сопротивлением одного из проводов (

).

2.11. Изоляция одного полюса линии

На рис. 2.30,а,б показаны два варианта устройства, полученного путем изоляции одного из полюсов отрезка линии от внешней цепи. Они представляют собой звенья фильтров нижних либо верхних частот.

Первый вариант (рис. 2.30,а) приводим к схеме, изображенной на рис. 2.31, затем преобразуем звезду, состоящую из

, в треугольник, содержащий проводимости (рис. 2.26). Переходные соотношения:

, , .

В итоге первый вариант приводится к П-образному 2х2-полюснику (рис. 2.33). Сравнивая его с канонической схемой рис. 2.28, находим

, , .

Учитывая эти значения проводимостей, находим а-матрицу для первого варианта изоляции одного полюса НВЛ (рис. 2.30,а)

. (2.46)

Выполняя соответствующие топологические преобразования во втором устройстве (рис. 2.30,6), получаем а-матрицу

. (2.47)

Схемы изоляции одного из полюсов линий

а –горизонтальная

б – вертикальная

Рис. 2.30

К замене НВЛ полным четырехугольником в схемах рис. 2.30

Рис. 2.31

Преобразование звезды в треугольник в схеме рис. 2.30,а

Рис. 2.32

Схема рис. 2.32, преобразованная к виду П-образного 2Х2-полюсника

Рис. 2.33

3.Алгоритмы расчета характеристик НВЛ

Расчет характеристик НВЛ начинается с введения исходных данных. Оно происходит следующим образом. Сначала вводится тип первого четырехполюсника (всего семь типов), затем указывается тип соединения, если два четырехполюсника (по умолчанию тип соединения – одиночный четырехполюсник), если выбран не одиночный тип соединения, программа выдает вторую вкладку с типами четырехполюсников для того, что бы можно было указать, какой из типов четырехполюсников является вторым. После указания типов четырехполюсников и их соединения вводятся дополнительные параметры: геометрическая длина отрезка линии, диэлектрическая проницаемость, начальная частота исследуемого диапазона частот, конечная частота, волновое сопротивление, коэффициент величины связи, сопротивление нагрузки, сопротивление генератора, количество выборок из исследуемого промежутка частот или количество точек для построения на графиках. Все параметры строго проверяются на правильность, чтобы исключить ошибки при расчете. После нажатия на кнопку "Далее" происходит расчет результирующей а-матрицы одного или двух четырехполюсников в зависимости от типа соединения. Сначала в этом расчете проверяется, какой из семи типов четырехполюсников был выбран, затем, по исходным параметрам, рассчитывается а-матрица каждого из четырехполюсников, после чего рассчитывается результирующая а-матрица в зависимости от выбранного типа соединения четырехполюсников. Следующим этапом после этих расчетов является предоставление выбора нужной характеристики или группы характеристик. Затем после этого выбора происходит расчет по заранее заложенным формулам, и на экран выводятся: форма, содержащая график выбранной характеристики и форма, содержащая значения результирующей а-матрицы для каждой выборки из заданного диапазона частот в текстовом виде. Полученный график и текстовый список результатов расчета можно сохранить в отдельном файле, скопировать в буфер обмена, распечатать на принтере или изменить свойства графика или текста. После всего вышеперечисленного можно вернутся в начало программы, очистить содержимое ячеек для ввода параметров и повторить ввод исходных данных для повторного расчета.