Согласование линий

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 Р₂.

Значение мощности Р₂ зависит от ряда факторов, к рассмотрению которых мы и переходим.

1. В случае, когда Z₁=Z₀=Z₂ и в линии отсутствуют потери, мощность, выделяемая в нагрузке, P₂=P₁=P₀.

2. В линии с потерями мощность Р₂, выделяемая в нагрузке меньше мощности P₁, поступающей на вход линии, на величину мощности потерь Р_п в этой линии, т. е Р₂=Р₁—Р_п.

3. В случае, когда выходное сопротивление генератора Z_г не согласовано с входным сопротивлением линии Z₁=U₁/I₁ генератор отдает в линию только часть своей мощности Р_г. Рассогласование сопротивлений может быть обусловлено неравенством активных сопротивлений R_г не равно R₁ либо реактивных Х_г ≠ -X₁, а также обеими этими причинами, т. е. R_г + iX_г ≠ R₁ - iX₁. 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 = R₁ выполняется путем трансформации выходного сопротивления генератора, осуществляемой в его выходном контуре. Для того чтобы выполнить условие Х_г = -X₁ 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 Z₁ так, чтобы его значение лежало в пределах изменения выходного сопротивления генератора.

4. При рассогласовании входного сопротивления нагрузки Z₂ с волновым сопротивлением линии Z₀ 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 Р₂, передаваемая в нагрузку, будет определяться равенством Р₂=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 Р₁=Р_г—Р_отр. Отметим, что в линии без потерь Р₂ = Р₁. Это равенство не зависит от степени согласования (или рассогласования) линии питания. Тогда если Z_г ≠ Z₁, то вновь возникает отражение. Если же Z_г = Z₁, 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 Z₀ и сопротивления нагрузки Z₂. Его значение определяется по формуле (2.84). И, наконец, еще раз подчеркнем, что мощность отраженной волны Р_отр 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. Z₂ ≠ Z₀, 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).