Основные принципы генерирования электромагнитных волн (стр. 4 из 5)

где

- динамическая характеристика ВЧ генератора по 1-й гармонике сигнала (см. рис. 2.5, г); - фазовый угол между векторами и .

Найдем частную производную функции (2.4) и приравняем ее к нулю для определения экстремума функции:

, (2.5)

Из (4.5) при

получим

. (2.6)

На графике функции

(см. рис. 2.5,г ) условию (2.6) передачи максимальной мощности от генератора в нагрузку соответствует точка А, режиму короткого замыкания - точка В, холостого хода - точка С. Раскроем физическое содержание выражения (2.6). Под отношением

следует понимать модуль внутренней дифференциальной проводимости по 1-й гармонике сигнала эквивалентного генератора. Ее равенство проводимости нагрузки и есть условие передачи максимальной мощности (4.6), которое можно представить в виде

,

где

- проводимость нагрузки, подключенной к выходу электронного прибора, на частоте 1-й гармоники сигнала.

Точку А на динамической характеристике (см. рис. 2.4,г) можно найти графическим путем как точку пересечения двух графиков согласно (2.6). Для этого необходимо в n-точках динамической характеристики определить значения ее координат

и и производную как тангенс угла касательной в этой точке. Далее согласно (4.6) построим два графика:

.

Точка пересечения данных графиков определяет условия получения максимальной мощности

отдаваемой ВЧ генератором в нагрузку. Чтобы убедиться в этом, следует построить график зависимости . Пример таких построений приведен на рис. 2.5. На рисунке показаны зависимости (см. рис. 2.5,а), и (см. рис. 2.5,б), (см. рис. 2.5,в).

Рис. 2.5. Условие получения максимальной мощности, отдаваемой генератором по 1-й гармонике сигнала.

2.4. Нагрузочные, амплитудные и частотные характеристики ВЧ генератора

Помимо динамической характеристики работа ВЧ генератора определяется еще тремя видами характеристик: нагрузочной, амплитудной и частотной. Нагрузочные характеристики ВЧ генератора есть зависимости его выходных электрических параметров: колебательной мощности потребляемой и мощности рассеивания в электронном приборе амплитуд первых гармоник тока и напряжения постоянной составляющей тока и КПД от сопротивления нагрузки генератора . С их помощью можно выбрать оптимальный режим работы генератора по различным критериям (например, получению максимального КПД) и определить влияние изменения нагрузки (например, влияние входного сопротивления антенны) на выходные параметры ВЧ гeнератора. Примеры таких характеристик приведены на рис. 2.6.

Рис. 2.6. Нагрузочные характеристики ВЧ генератора

Амплитудные и частотные характеристики ВЧ генератора. При подаче на вход ВЧ генератора синусоидального сигнала

, сигнал на его выходе или нагрузке (см. рис. 2.1, а) имеет вид , т.е. отличается от входного амплитудой сигнала и фазой. Амплитудные характеристики есть зависимости амплитуды и фазы выходного сигнала от амплитуды входного сигнала:

; .

Пример таких характеристик приведен на рис. 2.7.

Рис. 2.7. Амплитудные характеристики ВЧ генератора

С помощью амплитудных характеристик, определяемых в одночастотном режиме работы, можно, например, рассчитать выходной комбинационный спектр при многочастотном входном сигнале. Частотные характеристики есть зависимости номинального коэффициента усиления по мощности ВЧ генератора

и фазы выходного сигнала от частоты входного сигнала:

; .

Данные характеристики определяют частотные свойства ВЧ генератора. Пример амплитудно-частотной характеристики приведен на рис. 4.8. С помощью данной характеристики, построенной в одночастотном режиме работы, можно определить прохождение через усилитель широкополосных сигналов, а также использование ВЧ генератора в диапазонных радиопередатчиках без перестройки электрических согласующих цепей.

Рис. 4.8. Частотные характеристики ВЧ генератора

2.5. Согласование электронного прибора с источником возбуждения и нагрузкой и номинальный коэффициент усиления по мощности ВЧ генератора

Номинальный коэффициент передачи или усиления по мощности ЧП. Структурная схема ВЧ усилителя состоит из трех каскадно соединенных ЧП (см. рис. 2.1, а). Рассмотрим, как передается мощность сигнала через один отдельно взятый ЧП (рис. 2.9, а). Параметром, количественно оценивающим данный процесс, является номинальный коэффициент передачи или усиления ЧП по мощности, равный отношению активной мощности, переданной в нагрузку

к номинальной мощности высокочастотного источника возбуждения:

, (2.7)

где - номинальная мощность источника возбуждения с амплитудой и внутренним комплексным сопротивлением , где - действительная, активная часть этого сопротивления.

Рис. 2.9. Передача мощности сигнала через один отдельно взятый ЧП

В активном четырехполюснике, т.е. содержащем электронный прибор усилительного типа, можно получить значение

. В реактивном ЧП, т.е. содержащем только реактивные элементы - конденсаторы и индуктивности - значение , поскольку такой ЧП не может усиливать сигнал по мощности. При реактивном ЧП в случае имеет место оптимальное согласование источника возбуждения с нагрузкой, при котором номинальная мощность полностью, без потерь поступает в нагрузку.

В случае прямого присоединения нагрузки к генератору (рис. 2.10) для коэффициента передачи мощности с учетом (2.7) получим

. (2.8)

Пример. При

и согласно (4.8) получим . Максимальное значение в схеме на рис. 2.10 имеет место при выполнении условия