Рефетека.ру / Физика

Курсовая работа: Подключение линий передач к нагрузке с заданным сопротивлением

Задание


Необходимо обеспечить подключение линии передачи к нагрузке сопротивлением Подключение линий передач к нагрузке с заданным сопротивлением так, чтобы на частоте f0 линия передачи была согласована с нагрузкой. Выбрать метод согласования, рассчитать согласующее устройство и место его включения в ЛП. Определить частотный диапазон согласованного режима работы, в котором коэффициент бегущей волны не менее 0,8 (КБВ>0,8). Определить максимальную допустимую мощность, передаваемую в нагрузку и КПД линии на частоте f0 и границах диапазона.

Построить:

1) Графики зависимостей амплитуды напряжения (напряженности эл. поля) от координаты (в ЛП и согласующем устройстве) для частоты f0 и частот границ диапазона.

2) Частотные зависимости коэффициентов бегущей и стоячей волн: KБВ(f), KСВ(f).


Таблица 1

№ варианта 1–15 16–30
Тип линии передачи

Коаксиальная

РК 75–2.5–31

Двухпроводная

РД 50–0.87–21

Длина, м 10 25

Таблица 2

№ варианта 1–3 4–6 7–9 10–12 13–15 16–18 19–21 22–24 25–27 28–30

Сопротивление нагрузки Подключение линий передач к нагрузке с заданным сопротивлением, Ом

40+4i 42–10i 60+30i 75+50i 50+20i 10 40 10+5i 75–50i 40–4i

Таблица 3

№ варианта 1,4,7,10,13,16,19,22,25,28

2,5,8,11,14,17,20,23,

26,29

3,6,9,12,15,18,21,24,

27,30

Рабочая частота f0, МГц 200 400 800

Введение


Линией передачи (ЛП) называют устройство, ограничивающее область распространения электромагнитных колебаний и направляющее поток электромагнитной энергии к нагрузке. ЛП используют для передачи мощности от генераторов к потребителям, для образования резонансных систем – объемных резонаторов и колебательных контуров с распределенными параметрами, для трансформации полных сопротивлений нагрузок.

В радиосистемах используются различные линии передачи. Выбор конкретного типа ЛП определяется назначением и параметрами радиосистемы, условиями ее работы и решающим образом зависит от используемого диапазона длин волн и передаваемой мощности. Наиболее распространенные типы линий передачи для различных диапазонов волн представлены в таблице 1.


Таблица 1

Линии передачи СВЧ
Проволочные Радиочастотные Волноводы Открытого типа
Двухпроводные многопроводные коаксиальные симметричные коаксиальные прямоугольные круглые со спец. сечением полосковые и микрополосковые поверхностных волн диэлектрические лучевые волноводы волоконно-оптические
Гектометровые, метровые и дециметровые волны Дециметровые, сантиметровые и миллиметровые волны Метровые, дециметровые и сантиметровые волны Миллиметровые волны и волны оптического диапазона

Расчет


Вначале вычислим коэффициент отражения от нагрузки


Подключение линий передач к нагрузке с заданным сопротивлением


Далее вычислим коэффициент стоячей волны в ЛП между нагрузкой и трансформатором


Подключение линий передач к нагрузке с заданным сопротивлением


Максимальная мощность в двухпроводной ЛП

Подключение линий передач к нагрузке с заданным сопротивлением

Максимальная мощность в нагрузке


Подключение линий передач к нагрузке с заданным сопротивлением


Максимально действующее напряжение стоячей или бегущей волны


Подключение линий передач к нагрузке с заданным сопротивлением


Зависимость коэффициента отражения от расстояния l до нагрузки имеет вид


Подключение линий передач к нагрузке с заданным сопротивлением


где Подключение линий передач к нагрузке с заданным сопротивлением – коэффициент отражения нагрузки в сечении Подключение линий передач к нагрузке с заданным сопротивлением

Подключение линий передач к нагрузке с заданным сопротивлением


Требуется определить такое значение электрической длины линии Подключение линий передач к нагрузке с заданным сопротивлением, при которой сопротивление Подключение линий передач к нагрузке с заданным сопротивлением будет действовать, в этом случае возможно согласование при помощи Подключение линий передач к нагрузке с заданным сопротивлением – трансформатора.

Из последнего выражения получим


Подключение линий передач к нагрузке с заданным сопротивлением


только в этом случае сопротивление будет действительным


Подключение линий передач к нагрузке с заданным сопротивлением

Подключение линий передач к нагрузке с заданным сопротивлением

Подключение линий передач к нагрузке с заданным сопротивлением

Подключение линий передач к нагрузке с заданным сопротивлением


Решением уравнения является корень

Подключение линий передач к нагрузке с заданным сопротивлением

Тогда

Подключение линий передач к нагрузке с заданным сопротивлением

Выбираем наименьшее значение Подключение линий передач к нагрузке с заданным сопротивлением и вычисляем расстояние, на котором должен быть включен трансформатор


Подключение линий передач к нагрузке с заданным сопротивлением


Определим сопротивление нагрузки четвертьволнового трансформатора и проверим, действительно ли оно. Сопротивление найдем через коэффициент отражения


Подключение линий передач к нагрузке с заданным сопротивлением


Также проверим по формуле


Подключение линий передач к нагрузке с заданным сопротивлением


Вычислим волновое сопротивление ЛП четвертьволнового трансформатора для согласования генератора с внутренним активным сопротивлением Подключение линий передач к нагрузке с заданным сопротивлением с произвольной нагрузкой Подключение линий передач к нагрузке с заданным сопротивлением


Подключение линий передач к нагрузке с заданным сопротивлением


Вычислим коэффициент отражения от трансформатора


Подключение линий передач к нагрузке с заданным сопротивлением


Построение графика распределения амплитуды


В ЛП между трансформатором и нагрузкой Подключение линий передач к нагрузке с заданным сопротивлением напряжение определяется так


Подключение линий передач к нагрузке с заданным сопротивлением

График строим для случая максимальной мощности


Подключение линий передач к нагрузке с заданным сопротивлением


Подключение линий передач к нагрузке с заданным сопротивлением


В трансформаторе Подключение линий передач к нагрузке с заданным сопротивлением напряжение определяется по формуле


Подключение линий передач к нагрузке с заданным сопротивлением


Для случая максимальной мощности имеем


Подключение линий передач к нагрузке с заданным сопротивлением


Подключение линий передач к нагрузке с заданным сопротивлением


Тогда график будет иметь вид


Подключение линий передач к нагрузке с заданным сопротивлением


Вычислим КПД линии на частоте Подключение линий передач к нагрузке с заданным сопротивлением, при которой коэффициент затухания Подключение линий передач к нагрузке с заданным сопротивлением


Подключение линий передач к нагрузке с заданным сопротивлением


Pвх – мощность выделенная в нагрузке, PГ – мощность падающей волны, отдаваемой генератором в ЛП.


Вывод


В ходе данной работы мы обеспечивали согласованное подключение ЛП к нагрузке с заданным сопротивлением. В качестве согласующего устройства выбран четвертьволновый трансформатор, рассчитано сопротивление трансформатора и место включения его в линию передачи. Определена максимально допустимая мощность в нагрузке и КПД линии на заданной частоте. В ходе работы построены графики зависимостей амплитуды напряжения от координаты, коэффициента бегущей волны от длины волны KБВ(λ).


Список литературы


В.В. Никольский, Т.И. Никольская, Электродинамика и распространение радиоволн: Учеб. пособие для вузов. – М.: Наука, 1989. – 544 с.

Д.М. Сазонов, Антенны и устройства СВЧ: Учеб. для радиотехнич. спец. вузов. – М.: Высшая школа, 1988. – 432 с.: ил.

Рефетека ру refoteka@gmail.com