Расчет направленного ответвителя

8.3 Расчет направленного ответвителя

Направленным ответвителем называется четырехплечее устройство, состоящее из двух отрезков линии передачи, между которыми с помощью «элементов связи» или области связи осуществляется направленная передача электромагнитной энергии. Линия, из которой исходит энергия, называется основной или первичной; линия в которую поступает энергия – дополнительной или вторичной. Термин «направленная передача энергии» означает, что если в основной линии передачи распространяется бегущая волна определенного направления, то во вторичной линии будет возбуждаться тоже бегущая волна, распространяющаяся от области связи только в одном определенном направлении. В идеальном случае, в противоположном направлении от области связи во вторичной линии волна вообще не распространяется. Если в основной линии передачи изменить направление движения бегущей волны, то во вторичной линии направление движения ответвленной волны также изменится на обратное. Таким образом, НО является «взаимным » устройством (рисунок 8.6).

а)

б)

в)

Рисунок 8.6 – Изображение НО на принципиальных электрических схемах (а); направление движения энергии в основной и вторичной линиях передачи (б, в)

Основными параметрами НО являются направленность (D), переходное ослабление (С), входной КСВ, допустимая рабочая мощность Pmax и широкополосность ответвителя, которая определяется рабочим диапазоном частот Δf = f2 - f1, в пределах которого параметры НО не выходят за допустимые значения.

Переходным ослаблением называется логарифмическая мера отношения мощности бегущей (падающей) волны на входе основной линии передачи (P1) к ответвленной мощности на выходе вторичной линии перед (P3) при условии, что остальные плечи НО (2 и 4) нагружены на согласованные нагрузки:

, (8.5)

где .

Собственной направленностью называется логарифмическая мера отношения мощностей, выходящих из плеч вторичной линии передачи (3 и 2, рис.4. б), при условии, что основная линия передачи (плечо 4) нагружена на согласованную нагрузку и в ней существует бегущая волна. Таким образом:

, (8.6)

где .

Эффективная направленность (Dэфф), которая считается с учетом переотражений, при условии что НО нагружен на согласованную нагрузку. Эффективная направленность определяется как:

, (8.7)

где ас – погрешность измерения КСВ;

Г3 – коэффициент отражения от нагрузки.

На практике известно, что реальное достижимое значение коэффициента отражения нагрузки составляет 0,02…0,03.

Зададимся значением Г3=0,025. Выберем КСВ – 1,05…6, ас – 0,02…0,1 и переходное ослабление С=20 дБ. Также известна рабочая частота f=9,38 ГГц. Зная переходное ослабление и погрешность измерения КСВ можно определить направленность. Таким образом были получены следующие значения направленностей: Dэфф=38,1 дБ и Dсоб=80 дБ.

Произведем расчет конструкции НО:

1.  Выбираем значения частот f1=8,2ГГц и f2=12,5ГГц, находящиеся на границах рабочей полосы НО. По ним и по рабочей частоте fраб=9,38 ГГц рассчитываем значения длин волн:

λ=с/f, (8.8)

где с=3·108 м/с.

λ1=3·108/(8,2·109)=36 мм,

λ2=3·108/(12,5·109)=24 мм,

λраб=3·108/(9,38·109)=32 мм.

2.  Определим соответствующие значения длин волн в волноводе:

λв=λ/√1-(λ/2·а)2, (8.9)

λв1=36/√1-(36/2·23)2=60,4 (мм),

λв2=24/√1-(24/2·23)2=28,1 (мм),

λвраб=32/√1-(32/2·23)2=58,2 (мм).

Таким образом λвср равна:

λвср=2·λв1·λв2/(λв1+λв2),

λвср=2·60,4·28,1/(60,4+28,1)=38,38 (мм).

3.  Определим расстояние между центрами отверстий связи:

l=λвср/4, (8.10)

l=38,38/4=9,6 (мм).

4.  По рассчитанной минимальной собственной направленности НО определяется количество отверстий связи:

N≥-Dmin/(20·lg(cos(2·π·l/ λвраб))+1, (8.11)

N≥-80/(20·lg(cos(2·π·9,6/32))+1=6 шт.

5.  Далее определяется коэффициент передачи в прямом направлении:

K∑+=10-C/20, (8.12)

K∑+=10-20/20=0,1.

Коэффициент передачи для первого отверстия:

K1= K∑+/2N-1, (8.13)

K1=0,1/26-1=3,125·10-3.

Коэффициент передачи остальных отверстий:

Ki=(N-1)!·K1/((i-1)! ·(N-i)!), (8.14)

K2=(6-1)!·3,125·10-3/((2-1)! ·(6-2)!)=1,563·10-2,

K3=(6-1)!· 3,125·10-3/((3-1)! ·(6-3)!)=3,125·10-2,

K4=(6-1)!· 3,125·10-3/((4-1)! ·(6-4)!)=3,125·10-2,

K5=(6-1)!·3,125·10-3/((5-1)! ·(6-5)!)=1,563·10-2.

Таким образом, наибольшее значение Kmax=3,125·10-2.

6.  Диаметры отверстий определяются из формулы:

K±=(π∙d3λв/12a3b) ∙Фм, (8.15)

где Фм = [1+Pm∙th(2∙t∙qm/d)]-1-[1+Pm∙cth(2∙t∙qm/d)]-1/, (8.16)

где Pm=1,729,

qm=0,92.

Таким образом, диаметры отверстий равны:

d1 = d6 = 3,30 мм,

d2 = d5 = 4,40 мм,

d3 = d4 = 6,30 мм.

Похожие работы

Социальная политика и сферный подход к решению вопросов в муниципальном образовании

Скачать

124483

16

13

... к деятельности какого ведомства они относятся. Для Питкярантского района характерен именно сферный тип социальной политики с элементами демографического типа. 1.2. Современный подход к решению вопросов социальной политики в городе и районе. Местное самоуправление в системе государственных и муниципальных органов призвано обеспечивать комплексное решение вопросов обслуживания населения, ...

Истинные короли Кремниевой долины

Скачать

21110

0

0

... в изобилии венчурные инвесткомпании сконцентрировали свои усилия на самых многообещающих отраслях. К ним относились электроника, медицина и технологии обработки данных. Благодаря этому интересу начался рассвет Кремниевой долины, а термин «венчурное финансирование» стал прочно ассоциироваться с понятием «высокие технологии». Закон Рока Если закон Мура знаком почти каждому, то о его прямом следствии ...

Проектирование системы электроснабжения механического цеха

Скачать

125619

17

5

... или двигателя. ·  Местное управление – это управление приводом выключателя, разъединителя и другой аппаратуры непосредственно на месте. ·  Автоматическое управление – его используют в системе электроснабжения предприятий с большой потребляемой мощностью. Автоматическое управление осуществляется с помощью вычислительных машин управления ВМУ. Информация, поступающая в ВМУ, обрабатывается и ...

Проектирование тяговой подстанции переменного тока

Скачать

56822

12

9

... с запозданием реагирует на падение напряжения и привносит с собой противоречивые требования по техническому содержанию. Компенсаторы дисбаланса Еще во времена проектирования первых тяговых подстанций на 25 кВ, 50 Гц переменного тока возникла проблема их подключения к национальной энергетической сети. Действительно, тяговые подстанции соединяются с сетью поставщика энергии (государственной ...