Четвертьволновый трансформатор

Представляет собой отрезок длинной линии ℓ = λ/4, включенный последовательно между главной линией и нагрузкой. Четвертьволновый трансформатор работает как трансформатор сопротивления. Предположим, что главная линия имеет волновое сопротивление ρ, а сопротивление нагрузки R ≠ ρ_В. Входное сопротивление четвертьволнового трансформатора, т.е. сопротивление в точках «а» и «б» (слайд 31),

в этом случае равно

R_аб = ,

где ρ_mp– волновое сопротивление трансформатора.

Подобрав величину ρ_mp, можно получить сопротивление в точках «а» и «б», равное волновому сопротивлению линии. Тогда в основной линии (слева от «а» и «б») Будет режим бегущих волн. В четвертьволновом трансформаторе (справа от точек «а» и «б») получится режим смешанных волн.

Режим смешанных волн возникает на коротком отрезке линии (λ/4), поэтому КПД всей линии почти не уменьшается.

Физический смысл согласования заключается в следующем. Волны, идущие от генератора к нагрузке, отражаются как от начала, так и от конца согласующего трансформатора. Поэтому на входе трансформатора отраженные волны от его начала к концу складываются в противофазе, так как одна из них проходит дополнительное расстояние в λ/2 (от начала четвертьволнового участка к его концу и обратно).

Метод четвертьволнового трансформатора пригоден лишь для активной нагрузки и для одной фиксированной частоты, поэтому при реактивном сопротивлении нагрузки и при разных частотах применяют реактивные шлейфы.

Реактивный шлейф

Представляет собой отрезок короткозамкнутой или разомкнутой линии, включенной параллельно длинной линии. Идея такого согласования была предложена в 1931 г. советским профессором В.В. Татариновым.

В диапазоне СВЧ параллельно линии включается отрезок короткозамкнутой линии (шлейф) (слайд32),

длину которого ℓ_ш можно изменять перемещением мостика (плунжера). Такой отрезок имеет реактивное входное сопротивление индуктивного характера при ℓ < λ/4 и емкостного характера при λ/4<ℓ_ш <λ/2.

Для сокращения размеров шлейфа его длину (ℓ_ш), как правило, берут меньше λ/4, т.е. используют шлейф как индуктивное сопротивление. Изменяя длину шлейфа и положение точек «а» и «б», добиваются в главной линии (слева от точек «а» и «б») режима бегущих волн с КБВ = 1. В самом шлейфе возникает режим стоячих волн, а на участке от точек «а», «б» до нагрузки – режим смешанных волн. Для определения величин х и ℓ_ш имеются расчетные формулы, но точное согласование устанавливается опытным путем.

Применение одного шлейфа мало эффективно, так как не всегда удается изменить место подключения шлейфа. На практике для согласования фидерной линии используют двух- или трехшлейфовый согласователь (слайд 33).

Двухшлейфовый согласователь осуществляет взаимное уничтожение трех волн, отраженных от несогласованной нагрузки, шлейфов Ш1 и Ш2. Уничтожение волн достигается подбором длины обоих шлейфов без изменения их места включения. Расстояние между шлейфами берется 0,125 λ или 0,375 λ, причем шлейф Ш1 располагается около конца линии.

Система из двух шлейфов дает согласование в некотором диапазоне частот, причем для каждой частоты необходима настройка обоих шлейфов. Для расширения диапазона согласования используют трехшлейфовые согласователи.