Для каких целей добиваются согласования сопротивления прибора с сопротивлением линии

Обновлено: 04.07.2024

3.1. Общие положения теории согласования линий передачи с нагрузкой

Максимальное значение мощности, поступающая в загрузку, согласно

выражению (2.47) наблюдается при

= 1), то есть в случае идеаль-

ного согласования нагрузки с линией передачи, когда сопротивление нагрузки, подключенной на конце линии передачи, равно волновому сопротивлению данной линии. Это эквивалентно работе в режиме бегущей волны , то есть при о т- сутствии отраженной волны. Такое рассмотрение имеет точное физическое толкование для линий с ТЕМ -волной, в которых имеются напряжение и ток. Для волноводов физический смысл имеет следующая интерпретация процесса согласования. Распределение векторов электромагнитного поля в волноводе зависит от условий на его конце. Если на конце волновода в точке перехода энергии в нагрузку структура электромагнитного поля падающей волны сохраняется неизменной, то энергия падающей волны полностью поглощается в нагрузке и тогда структура поля имеет тот же вид, что и в волноводе бесконечной длины. Данная ситуация имеет место в случае равенства сопротивлений нагрузки и волнового сопротивления линии передачи. Вследствие чисто активного характера волнового сопротивления нормированное сопротивление нагрузки должно равняться единице. В противном случае часть энергии отражается от конца линии и возникает отраженная волна, распространяющаяся в направлении от нагрузки к генератору. Амплитуда и фаза отраженной волны такие, что в сумме с падающей отраженная волна удовлетворяет граничным условиям в месте отражения.

В случае отсутствия согласования нагрузки с линией передачи часть энергии отражается, что обуславливает потери на отражение L отр , которые из-

меряют в децибелах:

− [ ( K ст U − 1 ) ( K ст U + 1 ) ] 2

Наличие дополнительных потерь приводит к возрастанию шума, поскольку коэффициент шума (или шумовая температура) пассивного четырехполюсника пропорционален потерям L .

Согласование играет важную роль для обеспечения нормальной работы источников СВЧ колебаний. В случае изменения сопротивления нагрузки, на которую работает источник СВЧ колебаний, в большинстве случаев наблюдают изменение, как уровня мощности, так и частоты генерируемых колебаний. Чем лучше согласован СВЧ тракт, тем выше стабильность частоты генератора. Максимально допустимая величина КСВ для большинства мощных генераторов не превышает 1,5.

В случае отсутствия согласования пробивная мощность линии уменьшается согласно выражению (2.50) в K ст U раз за счет возрастания напряжения в

максимумах стоячей волны, то есть электрическая прочность линии для случая отсутствия согласования уменьшается в K cт U раз по сравнению с электриче-

ской прочностью согласованной линии. При передаче больших мощностей обычно стремятся обеспечить КСВ не больше 1,5.

Существенное отличие значений КСВ от 1 на входе приемных цепей приводит к уменьшению чувствительности и дальнодействия, поэтому на практике добиваются, чтобы входные цепи СВЧ приемников в режиме приема имели K cт U 1,5 − 2,0 в пределах рабочего диапазона частот. При условии K cт U = 1,5

потери на отражение составляют 0,17 дБ (4% мощности).

Согласование имеет большое значение также при измерении мощности. При этом достаточно хорошим считается согласование при условиях K cт U = 1,2 − 1,5 (при K cт U = 1,2 ошибка не превышает 1%).

Согласование далеко не всегда необходимо при решении практических задач СВЧ техники. В частности, в случае измерения на СВЧ с применением принципа голографической записи информации наоборот необходимо наличие эталонного отражения, которое используется в качестве опорного для определения, например, малых уровней отражения.

В принципе, о степени согласования можно говорить при наличии максимума напряжения, поступающей в нагрузку. Однако контроль согласования по величине мощности имеет недостаточную чувствительность, например ошибка при определении максимума мощности, равная 1%, соответствует КСВ примерно 1,22. Непосредственный контроль КСВ дает существенно более высокую точность.

Процесс настройки линии в режим бегущей волны называют согласованием , а линию, в которой установился режим бегущей волны, – согласованной

(англ. – matched line ).

На практике используют несколько методов согласования волнового сопротивления линии с сопротивлением нагрузки.

Чтобы достичь согласования между двумя линиями или линией и нагрузкой, необходимо включить согласующий четырехполюсник . Назначение этого четырехполюсника – устранение отраженной волны, то есть преобразование

нормированного сопротивления нагрузки Z н / W = z н = r н + jx н в нормированное сопротивление z вх = 1 + j 0. Такая трансформация может быть осуществлена

двумя принципиально разными способами. Согласно одному из них используют четырехполюсник с поглощением. Генератор и нагрузка развязаны, так как КСВ в линии практически не зависит от КСВ нагрузки. Такой четырехполюсник называется развязывающим аттенюатором. Его КПД очень мал. Другой путь связан с использованием реактивного четырехполюсника. С физической точки зрения полезный эффект достигается за счет использования явления интерференции, когда совокупность отраженных волн компенсирует друг друга. Именно такой четырехполюсник получил название трансформатора сопро-

тивлений (англ. – impedance transformer ).

Узкополосное согласование предусматривает достижения режима бегущей волны на одной расчетной частоте. В случае отклонения от расчетной частоты имеет место возрастание КСВ. Полоса частот, для которой КСВ не превышает допустимого значения, называется полосой частот согласования . В случае узкополосного согласования полосу частот не контролируют при вычислении номиналов элементов согласующего устройства и определяют расчетным путем или экспериментально только после нахождения номиналов согласующих элементов. Альтернативой узкополосному является широкополосное согласование , при котором номиналы согласующих элементов определяют из условия установления максимальной полосы частот согласования. В случае широкополосного согласования требование достижения единичного значения КСВ на расчетной частоте отсутствует и не служит основой для расчета номиналов согласующих элементов. При этом относительное значение полосы согласования ∆ f / f 0 в случае узкополосного согласования может быть достаточно боль-

шим, термин “узкополосный” означает лишь технологию согласования. Исходя из общих принципов, очевидно, что полоса согласования тем уже, чем больший скачок сопротивлений, которые должны быть согласованы, имеет место быть.

3.2. Согласование с помощью четвертьволнового трансформатора

Если нагрузкой линии передачи является активное сопротивление R н ,

неравное волновому сопротивлению W самой линии, то включение между линией передачи и нагрузкой четырехполюсника в виде четвертьволнового

трансформатора с волновым сопротивлением W тр = W R н в соответствии с

выражением (11.6) позволяет получить на входе трансформатора сопротивление W , то есть согласовать нагрузку с линией передачи. Такое рассмотрение основано на теории длинных линий, однако теория интерференции также позволяет объяснить эффект согласования. Действительно, коэффициент отражения

Под согласованием линии передачи с нагрузкой понимают мероприятия по обеспечению передачи возможно большей части передаваемой линией мощности от генератора в нагрузку в заданном диапазоне частот.

Идеальное согласование предусматривает передачу всей передаваемой от генератора мощности в нагрузку. В широкополосных системах связи рассогласование линии с нагрузкой может вызывать искажение передаваемой информации и значительному увеличению уровня шумов в тракте. Обычно коэффициент отражения в таких системах во всей рабочей полосе частот не должен превышать 0,02…0,05 (КСВН от 1,04…1,1).

Общие принципы согласования нагрузки с линией передачи.

Согласование может осуществляться как с преобразованием типа волны, так и без преобразования типа волны. Согласование с преобразованием типа волны также называют возбуждением. При согласовании необходимо выполнить следующие условия.

1. заключается в возможности существования требуемого типа волны в нагрузке. Для этого требуется правильно подобрать форму и рассчитать размеры нагрузки.

2. Заключается в возможно полном совпадении структуры поля в нагрузке и линии передач. Для его осуществления применяются преобразователи типов волн.

3. С точки зрения теории цепей заключается в равенстве выходного сопротивления передающей линией комплексно сопряженному входному сопротивлению нагрузки. Так как в случае режима бегущей волны в линии передачи и ее выходное сопротивление чисто активное, то необходимо для компенсации реактивной составляющей сопротивление нагрузки вводить в линию передачи реактивные элементы.

С точки зрения теории электромагнитного поля при отражении от нагрузки образующаяся отраженная волна компенсируется волной, отраженной от реактивного элемента, вводимого в линию передачи, если эти волны будут равны по амплитуде и противоположны по фазе, то есть используется явление интерференции волн.

В результате введения согласующего элемента часть волны от него отражается и в направлении нагрузки, а затем снова к устройству и так далее. При этом на участке между согласующим устройством и нагрузкой образуется, за счет этих переотражений, стоячая волна, запасающая энергию, которая в нагрузку уже не поступает. Величина этой запасенной энергии зависит и от расстояния между согласующим элементом и нагрузкой. Чем больше это расстояние, тем большая энергия запасается. Следовательно, согласующий элемент должен по возможности ближе располагаться к нагрузке.

При одном согласующем элементе при изменении частоты нарушаются фазовые соотношения между волной, отраженной от нагрузки и волной, отраженной от неоднородности и согласование нарушается. Поэтому такое согласование, при котором отражение от нагрузки устраняется полностью только на одной частоте называется узкополосным.

Методика узкополосного согласования заключается в следующем .

, где , с помощью отрезка линии длинной трансформируется в проводимость , активная часть которой равна волновой проводимости линии

Таким образом, если считать теперь за нагрузку отрезок линии длинной с нагрузкой, то в точках 1-1 активные составляющие волнового сопротивления линии и входного сопротивления окажутся равными.

Для компенсации реактивной составляющей к точкам 1-1 подключают реактивный шлейф с сопротивлением .

В качестве согласующих элементов для активных составляющих сопротивлений либо применяют отрезок линии длинной такой, чтобы в очках 1-1 входное сопротивление отрезка линии с нагрузкой имело активную составляющую по величине равную волновому сопротивлению линии, либо применяют четвертьволновый трансформатор, который представляет собой отрезок линии длинной с волновым сопротивлением, равным

В качестве компенсирующих элементов для реактивных составляющих применяются штыри, диафрагмы, а также короткозамкнутые отрезки линий (шлейфы).

Примеры узкополосного согласования

1. Согласование с помощью короткозамкнутого шлейфа

Известно, что входное сопротивление в сечении линии, где находится узел , а в сечении где находится пучность

Так как волновое сопротивление линии чисто активное, то и входное сопротивление линии в сечениях, соответствующих узлам и пучностям будет чисто активным.

В промежутках между узлами и пучностями активная составляющая будет изменятся в пределах от до . То есть между сечениями, соответствующими узлам и пучностям всегда есть такие, в которых , а реактивная составляющая имеет на спадающем от пучности в сторону генератора участке – емкостный характер, а на спадающем в сторону нагрузки участке – индуктивный характер.

Продолжаем рассмотрение трассировки печатных плат. Эту статью публикую из своего родного города Северодвинска, с благодарностью своим школьным учителям. Тема, которой она посвящена, базовая, и оттого важно с ней разобраться. Здесь будут рассмотрены отражения в сигнальных линиях и, как всегда, будут даны рекомендации по снижению искажений сигнала, в том числе с помощью различных методик согласования линий.

В предыдущей статье цикла было показано что, наличие вырезов на пути возвратного тока увеличивает индуктивность контура сигнала, что негативно влияет на уровень ЭМИ печатной платы. Однако на этом их негативное влияние не заканчивается (стоит отметить, что существуют ситуации, когда использование вырезов в опорном слое снижает уровень ЭМИ печатной платы, однако они требуют большой аккуратности с точки зрения контроля возвратных токов и не могут быть рекомендованы в общем случае). Вырез, как и другие неоднородности (переходное отверстие, ветвление дорожки, изменение ширины дорожки или расстояния от опорного слоя и т.п.) изменяют локальное значение импеданса (англ. instantaneous impedance) сигнальной линии. Любое изменение импеданса по ходу распространения сигнала приводит к изменению его амплитуды и появлению отражённого сигнала, распространяющегося обратно к источнику (рис. 1).

Амплитуды прямого и обратного сигналов относительно исходного определяются только значениями импедансов Z₁ и Z₂ на данной частоте:

Знак минус перед коэффициентами будет означать изменение фазы сигнала на 180 о . Даже если сигнальная линия однородна (под однородностью линии здесь и далее понимается постоянство геометрических параметров её сечения) на всём своём протяжении, а её импеданс постоянен и носит название волнового сопротивления (англ. characteristic impedance), отражения могут возникать не только в самой линии, но и на её концах – на стороне источника или на стороне нагрузки. Рассмотрим простую цепь (рис. 2), в которой сопротивления и источника сигнала, и нагрузки не согласованы с волновым сопротивлением однородной линии. В таком случае отражения в линии возникают многократно, постепенно затухая, и приводят к интерференционной картине – сумме сигналов. Схема образования отраженных сигналов и результаты симуляции в LTSpice для ступенчатого импульсного сигнала амплитудой 1,2 В и передним фронтом 1 нс также приведены на рисунке.

Отметим, что напряжение на входе сигнальной линии в течение времени распространения сигнала (до момента первого отражения) не равно напряжению источника сигнала V_S и связано с ним коэффициентом резистивного делителя

После многократных отражений от концов линий значение напряжения на нагрузке стремится к сумме убывающей геометрической прогрессии, равной напряжению на нижнем плече резистивного делителя

Так как в реальных условиях обеспечить постоянство импеданса на пути распространения сигнала невозможно, то отражения происходят всегда. Вопрос в том, при каких условиях они приводят к заметным искажениям сигнала. Повторно рассмотрим пример цепи, приведённой на рис. 2, зафиксировав значения сопротивлений источника сигнала, нагрузки и волнового сопротивления линии. Следовательно, амплитуды интерферирующих сигналов, входящих в сумму, также сохраняются. Однако помимо амплитуд сигналов A_i значение суммы зависит от их смещений по времени τ_i:

Дальнейшее снижение величины временной задержки приведёт к тому, что амплитудные значения пульсаций (англ. ringing) достигаться не будут. В предельном случае бесконечно короткой линии TD → 0 колебательный переходный процесс отсутствует. Отсюда следует вывод о необходимости минимизации длины линии для критических сигналов, уже упоминавшийся в предыдущей статье в связи с уменьшением индуктивности. Безусловно, реальные сигнальные линии на печатной плате имеют конечную длину, поэтому математическим критерием малости величины пульсаций является условие TD 5∙TD не выполняется или если требование к пульсациям более жёсткое, то существует три пути снижения резонансных явлений в линии:

уменьшение TD (прежде всего за счёт уменьшения длины линии),
увеличение t_R (снижение скорости переключений сигнала),
согласование линии (англ. termination).

Таблица 1. Методы согласования сигнальной линии.

Название и схема	Уровень потерь	Комментарии
	низкий
	высокий
	средний
	средний

Примечания:
(1) В параллельной схеме может использоваться подключение как к общему проводу, так и к питанию.
(2) Под оптимальностью здесь понимается критерий минимизации потерь энергии.

В случае, когда сигнальная линия соединяет источник сигнала с единственной нагрузкой (англ. point-to-point), может использоваться как согласование импедансов на стороне источника, так и на стороне нагрузки. Если же нагрузок на сигнальной линии несколько (англ. multiload), то рекомендуется применять согласование на стороне нагрузки. Примеров таких схем, где отсутствие искажений сигналов всегда критично, много – распределённая схема тактирования, многоточечная шина данных, организация внешней памяти с несколькими микросхемами и др. В англоязычной литературе выделяют короткие (англ. stub) и длинные (англ. branch) ответвления сигнальной линии. Преимущество коротких ответвлений заключается в том, что они могут не иметь на конце согласующих компонентов, однако существует ограничение на их длину.

Короткие ответвления от сигнальной линии могут быть несогласованными, однако их длина должна быть минимальной и не должна превышать значения, при котором TD_STUB 1/5∙t_R.

Три основных схемы ветвления сигнальной линии на N участков приведены на рис. 3. Схема с коротким участком (критерий тот же, что и для ответвления) до разветвления приводит к повышенной нагрузке на источник сигнала. Если участок до разветвления длинный, то необходимо увеличивать импеданс ветвей. Увеличение волнового сопротивления сигнальной линии на том же слое потребует уменьшение её ширины, что может стать ограничением. Если же использовать последовательный резистор сопротивлением R = (N – 1)∙Z₀, то он образует делитель напряжения – и амплитуда сигнала на нагрузке уменьшается V_LOAD=1/N∙V_IN. Очевидно, что каждая из схем не лишена недостатков (помимо того, что повышается количество используемых компонентов), поэтому топологию с ветвлением (англ. star topology) рекомендуется применяться только тогда, когда использование топологии с основной сигнальной линией и короткими ответвлениями от неё (англ. daizy-chain topology) невозможно.

В заключение необходимо отметить, что выбор метода согласования сигнальной линии тесно связан со схемотехникой печатной платы, поэтому если разработчик отвечает только за топологию печатной платы, решение должно приниматься совместно с инженером-схемотехником с применением моделирования сигнальной линии (SPICE или специализированные программные средства). Однако вопрос о необходимости согласования линии всегда инициируется разработчиком печатной платы в случае невозможности обеспечения требуемого уровня искажений иными способами.

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 Р ₂ .

Значение мощности Р ₂ зависит от ряда факторов, к рассмотрению которых мы и переходим.

1. В случае, когда Z ₁= Z ₀= Z ₂ и в линии отсутствуют потери, мощность, выделяемая в нагрузке, P ₂= P ₁= P ₀ .

2. В линии с потерями мощность Р ₂ , выделяемая в нагрузке меньше мощности P ₁ , поступающей на вход линии, на величину мощности потерь Р _п в этой линии, т. е Р ₂ =Р ₁— Р _п .

3. В случае, когда выходное сопротивление генератора Z _г не согласовано с входным сопротивлением линии Z ₁ =U ₁ /I ₁ генератор отдает в линию только часть своей мощности Р _г . Рассогласование сопротивлений может быть обусловлено неравенством активных сопротивлений R _г не равно R ₁ либо реактивных Х _г ≠ - X ₁ , а также обеими этими причинами, т. е. R _г + iX _г ≠ R ₁ - iX ₁ . 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 = R ₁ выполняется путем трансформации выходного сопротивления генератора, осуществляемой в его выходном контуре. Для того чтобы выполнить условие Х _г = -X ₁ 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: $30\leqslant\leqslant\;Ом$, $-300\leqslant\leqslant\;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 Z ₁ так, чтобы его значение лежало в пределах изменения выходного сопротивления генератора.

4. При рассогласовании входного сопротивления нагрузки Z ₂ с волновым сопротивлением линии Z ₀ 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 Р ₂ , передаваемая в нагрузку, будет определяться равенством Р ₂= 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 Р ₁= Р _г— Р _отр . Отметим, что в линии без потерь Р ₂ = Р ₁ . Это равенство не зависит от степени согласования (или рассогласования) линии питания. Тогда если Z _г ≠ Z ₁ , то вновь возникает отражение. Если же Z _г = Z ₁ , 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 Z ₀ и сопротивления нагрузки Z ₂ . Его значение определяется по формуле (2.84). И, наконец, еще раз подчеркнем, что мощность отраженной волны Р_о _тр 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. Z ₂ ≠ Z ₀ , 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 $K_\leqslant$ дополнительные потери весьма малы и лишь только при $K_\geqslant$ они могут достичь уровня собственных потерь линии на затухание. Отсюда следует, что на практике в диапазоне КВ, где собственные потери линии незначительны (A 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).

Вопрос сути согласования, от чего оно зависит и зачем вообще нужно, был рассмотрен ранее, в статье "Согласование и скорость радиосигнала наглядно - исследуем линии передачи.", поэтому вполне логично затронуть эту тему с более практической точки зрения, и посмотреть, как эти вопросы решаются на практике.

Согласование подразумевает достижение максимальной передачи энергии от одного элемента (каскада, источника) к другому (каскаду, нагрузке, линии), и на практике чаще всего этот вопрос затрагивает именно антенны/излучатели. Согласование входов усилителей в большинстве своём обеспечено производителем, если используются готовые микросхемы вроде серии ERA от MiniCircuit (и их аналоги), в случае же самодельных усилителей сопротивление вполне поддаётся расчёту. То же самое касается линий передачи.

Антенны, с другой стороны, ведут себя иначе. Параметры антенны сильно зависят от окружения, а когда речь идёт о компактных системах, работающих на частотах ниже 100 МГц, построение полноразмерных антенн, с уже известными параметрами, затруднено. Использование магнитных, укороченных, нагруженных, и других "экзотических" антенн вносит много переменных в расчёты, которые не всегда известны, а потому требуется подстройка.

Для согласования потребуются два основных элемента - непосредственно элемент подстройки и индикатор достижения согласования.

Подстройка.

Изменение геометрии и размеров антенн при их работе - задача сама по себе довольно сомнительная, поэтому на практике как правило используют два метода - изменение сосредоточенных реактивных параметров и согласующий трансформатор.

Для укороченных антенн чаще всего применяют удлиняющую катушку L1, расположенную в максимуме тока, в случае антенн, значительно короче длины волны - у основания антенны. Такой подход по сути рассматривает антенну как колебательный контур, настраивая внешней цепью в резонанс всю антенну, включая распределённые по антенне ёмкость и индуктивность.

Второй метод более универсален - трансформатор преобразует сопротивление в n^2 раз. Иными словами, если антенна имеет собственное сопротивление на рабочей частоте 15 Ом, а трансформатор снижает напряжение в 2 раза (отношением витков или площадей одного витка), то вся цепь трансформатор+антенна будет иметь входное сопротивление 15*2^2=60 Ом. Настройка производится либо переключением частей обмоток, либо изменением связи между петлёй магнитной антенны и петлёй связи передатчика (которые играют роль витков "трансформатора").

Индикация.

Как бы мы не настраивали антенну, смысла в этом не много, если мы не знаем, до какого состояния настраивать.

Естественно, на этот случай есть специальные приборы, измеряющие КСВ на заданной частоте - анализаторы S-параметров, антенные анализаторы, или VNA (Vector Network Analyzer). Однако их покупка не всегда рентабельна, а сами приборы не всегда доступны.

Самый простой способ - это настройка по максимуму тока, если мощность позволяет его зарегистрировать. В этом случае используется обыкновенная лампа накаливания, или ВЧ-детектор, и настройка производится по максимуму свечения/показаний:

Располагаются они так же, как и удлиняющая катушка - в максимуме тока, переключатель S1 необходим для исключения лампы из цепи после настройки, детектор же позволяет наблюдать мощность в антенне непосредственно при передаче. Связь детектора с катушкой как правило происходит через трансформатор, роль первичной катушки которого может играть как просто проводник антенны, играя роль одного витка, так и удлиняющая катушка.

Эти методы просты в исполнении, но имею свои ограничения. Они позволяют найти максимум передачи, но не дают информации о волновом сопротивлении, а потому больше ни для чего не годятся.

Второй метод, несколько сложнее, основан на мосте Уинстона, который используется для измерения методом разбалансировки моста:

Тут возможно два исполнения. Слева представлен вариант с детектором в диагонали моста, справа - с вариантом, при котором сигнал разбалансировки идёт напрямую на выход (Out) для измерения внешним детектором или анализатором.

В первом варианте присутствует ёмкость С1, которая компенсирует ёмкость гнезда DUT (Device Under Test) для измеряемого устройства. Во втором для получения несимметричного выхода, который можно подключить к анализатору (Out), используется катушка Coil, выполненная из коаксиального кабеля, целиком продетого в ферритовое кольцо, с заземлённом на одном конце экраном. Это создаёт индуктивность, подключённую к гнезду DUT1, которая компенсируется индуктивностью L1. В отличии от предыдущего решения, при согласовании ( в данном варианте с линией 50 Ом, для других сопротивлений системы соответственно меняются сопротивления моста ) наблюдается не максимум, а минимум амплитуды сигнала на выходе.

Этот вариант годится для исследования практически любой нагрузки, но имеет недостаток - он не годится для контроля в ходе работы. В идеале для исследования и контроля согласования с нагрузками при работе можно применять направленные ответвители, измеряя отражённую волну.

К сожалению, эти устройства весьма громоздки для относительно низких частот, так как их габариты связаны с длиной волны. Однако при использовании квадратурных ответвителей важны не размеры, а сдвиг фазы волны, что можно решить использованием LC-цепочек с концентрированными параметрами.

Если заменить линии на LC-T-цепи, с аналогичными параметрами, даже на низких частотах можно получить компактное устройство.

Читайте также: