Согласование четвертьволновым трансформатором., Вопрос чайника. Опции

[mother]

Распределённая четвертьволновая линия, если её рассматривать в одной частотной точке, это просто Г-образная, и причём чисто реактивная LC цепь. L и C выбирают таким образом, чтобы со стороны А и в сторону нагрузки, сигнал видел бы только чисто активную, и равную выходному сопротивлению цени А, нагрузку. То есть, на одной частоте всё скомпенсировано и накаких отражений нет!
Более подробно и очень доступно в:
С. И. Баскаков
Радиотехнические цепи с распределёнными параметрами.
С уважением, Михаил.

[navuho]

никаких отраженных волн ... в согласующем трансформаторе ... нет,

&

в любом сечении выпоняется условие - комплексный к-т отражения источника (левой стороны цепи) комплексно сопряжен с коэффициентом отражения нагрузки (правой стороны цепи),

Вы же сами себе противоречите. Коэффициенты отражения есть, а отраженных волн нет. Это как так ?

полная передача энергии слева направо и никаких дополнительных потерь нигде нет

Если линия без потерь, то никаких потерь нет, полная передача, да.
Но обсуждаем то мы линию B с потерями !

а то вы посрамите теорию линейных цепей

Упаси боже, не хотел ничего срамить, правда IMHO, при наличие потерь цепь становится нелинейной...

на одной частоте всё скомпенсировано и накаких отражений нет!

Что скомпенсировано ? Развейте свою мысль пожалуйста.
Мы обсуждаем поле в линии B, да ?

[mother]

Я не знаю насколько вы опытны в СВЧ.
Для начала, - чтобы понять физику - всё на пальцах можно рассказать и на сосредоточеннных элементах, в том числе и понятия падающих и отражённых волн. Повторюсь, я просто не хотел бы вас утомлять рассказами про то, что вы и так знаете.
С уважением, Михаил

[LordN]

вообще не вижу повода для спора. вопрос изначально ошибочен. 1/4 волновый отрезок - это трансформатор импедансов с надлежащим образом выбранным волновым сопротивлением. откуда в нем возьмется отраженная волна?
речь явно идет об идеальных линиях. но и в реальных потери будут обусловлены только потерями линий, если же выбор волн.сопр.1/4волн.отрезка проведён надлежащим образом то потери будут рассеяны в самой же линии, излучением в пространство и т.д.
p.s. абсолютно согласен с Михаилом.

[navuho]

Я не знаю насколько вы опытны в СВЧ.

Симметрично...

Для начала, - чтобы понять физику - всё на пальцах можно рассказать и на сосредоточеннных элементах

А вот с этим не согласен категорически. Всегда лучше иметь представление на уровне полей.
Сосредоточенные элементы, импедансы, LRC - это все абстракции уровнем выше, imho

Повторюсь, я просто не хотел бы вас утомлять рассказами про то, что вы и так знаете.

Извольте, я готов выслушать ваши доводы. Я утверждаю, что в схеме согласования:
Линия А --> Линия B ----> Нагрузка , в Линии B ВСЕГДА будет присутствовать стоячая волна.
Вы против ?

[mother]

Я не знаю насколько вы опытны в СВЧ.

Симметрично...

Для начала, - чтобы понять физику - всё на пальцах можно рассказать и на сосредоточеннных элементах

А вот с этим не согласен категорически. Всегда лучше иметь представление на уровне полей.
Сосредоточенные элементы, импедансы, LRC - это все абстракции уровнем выше, imho

Повторюсь, я просто не хотел бы вас утомлять рассказами про то, что вы и так знаете.

Извольте, я готов выслушать ваши доводы. Я утверждаю, что в схеме согласования:
Линия А --> Линия B ----> Нагрузка , в Линии B ВСЕГДА будет присутствовать стоячая волна.
Вы против ?

Ага! Чтобы объяснить как работает обыкновенный трансформатор в одной частотной точке, вы будете уравнения Максвела решать?! И вы это называете проще? Давйте так - я напишу урок про согласование на сосредоточенных элементах для школьного уровня физики, и вы постарайтесь сделать то же на уровне ЕМ полей и посмотрим, что будет проще. Пойдёт?

[navuho]

Ага! Чтобы объяснить как работает обыкновенный трансформатор в одной частотной точке, вы будете уравнения Максвела решать?!

А как же Я их всегда решаю.

И вы это называете проще?

Дело не в проще или сложнее, не будем отвлекаться.
Я сформулировал свое утверждение, если вы против - объясните. Только все равно все сведется к полям...
Можно и изменить условия, для простоты : Линия А - диафрагма - Линия А - нагрузка. Диафрагма согласует нагрузку с линией А.
По вашему и в этом случае между нагрузкой и дифрагмой будет только бегущая волна ?

[mother]

Ну ладно. Начнём с начала.
Первое - что значит согласование?
Я ещё в начале хотел сказать, что согласовавать обычно принято импедансы, а не линии. Так как если говорят о линии, подразумевают, что она всё-таки кончается какой-то нагрузкой! Естественно для простоты мы считаем, что потерь в линии нет! То есть вопрос стоит так - согласуем два импеданса. А между ними могут быть линии, волноводы, сосредоточенные элементы и т. д. Главное, считаем, что нет излучения. Перед тем как мы перейдём к расспределённой линии, поймём, что происходит на сосредоточенных элементах L и C. для простоты можем принять, что они согласуемые импедансы - активные (без реактивностей). Дальше. Что значит - согласовать? Это значит привести на выходе генератора ток и напряжение в фазе и кроме того напряжение должно быть ровно половина от максимального напряжения генератора. (хх) И всё. Собственно L и C только это и делают - меняют фазу и амплитуду на выходе генератора нужным образом. Вместо напряжения можно говорить о токе - ничего не меняется.
Когда мы ставим между двумя нагрузками распределённую линию - она должна выполнить ту же задачу - таким образом закрутить фазу и амплитуду на выходе генератора перед согласующей линией, чтобы напряжение и ток были бы в фазе и кроме того напряжение должно быть половиной от максимального. Тогда вся мощность, которая может выдаваться генератором будет поступать в нагрузку (ей больше некуда деваться). Генератор со своим выходным сопротивлением, как бы и не знает , что там дальше творится - толи согласующая линия, то ли волновод, то ли L и C элементы. Он видит только подходящие условия на выходе. после его внутреннего сопротивления, при котрых он может отдавать максимальную мощность. А отличие распределённой от сосредоточенной в том, что что вдоль линии от генератора к нагрузке мы можем увидеть постепенное нарастание/уменьшение амлитуды напряжения при постепенном уменьшении/нарастании амплитуды тока.
Зачем тут вводить понятие стоячей волны между импедансами - мне непонятно. А тем более диафрагма? ИМХО
С ув. Михаил

Сообщение отредактировал mother - Jan 29 2006, 15:43

[navuho]

Очень сумбурно изъясняете и от этого непонятно. Согласовывать принято именно направленные линии передач (ака волноводы),
импедансы - лишь частный случай одномодовой TEM линии, когда векторы E и H перпендекулярны и
отношение их комплексных амплитуд постоянно в любой плоскости z=const. Для произвольных волноводов сие не верно.

Первое - что значит согласование?

Согласование есть отсутствие отражения ---> отстутствие волн, бегущих в обратном (к генератору) направлении.

Когда мы ставим между двумя нагрузками распределённую линию - она должна выполнить ту же задачу - таким образом закрутить фазу и амплитуду...

Линия без потерь никаким образом "крутить" амплитутуду не может, только фазу.

А отличие распределённой от сосредоточенной в том, что что вдоль линии от генератора к нагрузке мы можем увидеть постепенное нарастание/уменьшение амлитуды напряжения при постепенном уменьшении/нарастании амплитуды тока.

Нарастание/уменьшение оно у вас во времени или пространстве ? Если в пространстве - то это признак стоячей волны (в бегущей амплитуда = const).
А если во времени, то у TEM линии напряжение и ток - синфазны. Что вы имели ввиду ?

Зачем тут вводить понятие стоячей волны между импедансами - мне непонятно.

А за тем, что наличие стоячей волны приводит к перенапряжению ---> пробою
А потом фидеры горят (вместе с башней)...

[MKS]

Чувствую из дебрей мы не скоро выйдем... Вот эта фраза ставит в тупик

Упаси боже, не хотел ничего срамить, правда IMHO, при наличие потерь цепь становится нелинейной...

Как это цепь при наличии потерь становится нелинейной ? Вот к примеру волновод обладает потерями, так он что от этого нелинейным становится ? Не сочтите за труд и объяснитесь пожалуйста.

P.S.
Почитал David Pozar "Microwave Engineering".
Там четвертьволновый тран-р описан во временной и частотной областях. Временной подход действительно красивый и проливает свет на физику работы трансформатора. Так что всем рекомендую к прочтению. Вопросов больше не должно быть.
to navuho за книгу

[navuho]

Вот к примеру волновод обладает потерями, так он что от этого нелинейным становится ?

Эээ...ну в общем виде потери могут быть и нелинейными (нагрев&деформация или сильная зависимость потерь от температуры)
Вообще, я имел ввиду, что распределение поля по линии (волноводу) будет более сложным.
Неправильно, конечно, выразился.

[mother]

Очень сумбурно изъясняете и от этого непонятно. Согласовывать принято именно направленные линии передач (ака волноводы),
импедансы - лишь частный случай одномодовой TEM линии, когда векторы E и H перпендекулярны и
отношение их комплексных амплитуд постоянно в любой плоскости z=const. Для произвольных волноводов сие не верно.


Согласен, что быстрый ответ - не есть лучший ответ

Первое - что значит согласование?

Согласование есть отсутствие отражения ---> отстутствие волн, бегущих в обратном (к генератору) направлении.

Конечно. Просто то же самое я хотел сказать в терминах напряжений и токов

Когда мы ставим между двумя нагрузками распределённую линию - она должна выполнить ту же задачу - таким образом закрутить фазу и амплитуду...

Линия без потерь никаким образом "крутить" амплитутуду не может, только фазу.


Как раз, когда вы помещаете зонд в линию без потерь вы и видите там распределение напряжения вдоль линии, - конечно, если в линии есть отражения! Так и измеряют ведь КСВН! Хотя линия линейна. И вообще, что делает тогда четвертьволновая линия согласования, если не меняет амплитуду?

А отличие распределённой от сосредоточенной в том, что что вдоль линии от генератора к нагрузке мы можем увидеть постепенное нарастание/уменьшение амлитуды напряжения при постепенном уменьшении/нарастании амплитуды тока.

Нарастание/уменьшение оно у вас во времени или пространстве ? Если в пространстве - то это признак стоячей волны (в бегущей амплитуда = const).
А если во времени, то у TEM линии напряжение и ток - синфазны. Что вы имели ввиду ?


Да, у нас есть распределение напряжения вдоль согласующей линии. Но! У вас не будет ни одного узла и ни одной пучности! В этом и есть главное отличие. Изменение напряжения и тока вдоль линии будет плавным от начала линии и до конца, то есть до нагрузки. Так ведь? Помещая зонд вдоль согласующей линии, вы увидите изменение поля, но вы не сможете измерить КСВН, так как не найдёте ни одной пучности и ни одного узла! Простой опыт - вы хотите согласовать нагрузку 100 Ом с генератором 25 Ом. Вы ставите между ними 50-омную линию и видите то о чём я вам говорил - линейная линия крутит и напряжение и фазу, но измерить КСВН вы в ней в этой линии не можете в принципе, из-за самого определения КСВН, как отношения амплитуд поля в экстремумах. Нет их просто!

Зачем тут вводить понятие стоячей волны между импедансами - мне непонятно.

А за тем, что наличие стоячей волны приводит к перенапряжению ---> пробою
А потом фидеры горят (вместе с башней)...

Когда башни горят - это плохо! Собственно именно поэтому никто и не согласует антенну перед её зажимами! Именно поэтому антенна и должна быть идеально согласована с подводящим фидером! А все согласования именно поэтому и делают до передачи мощности в питающий кабель.

Сообщение отредактировал mother - Jan 29 2006, 23:26

[navuho]

И вообще, что делает тогда четвертьволновая линия согласования, если не меняет амплитуду?...

Да, у нас есть распределение напряжения вдоль согласующей линии. Но! У вас не будет ни одного узла и ни одной пучности!

Так, в главном, наконец, сошлись. В согласующей линии B есть распределние максимумов напряжений или СТОЯЧАЯ ВОЛНА.
Естественно она будет не чистой, стоячей волной с характерными узлами и пучностями ( это было бы только в случае КЗ)
Она будет примешена к бегущей. Но что я хочу подчеркнуть, так это то, что максимум напряжения в линии B будет ВЫШЕ, чем в линии А.
Каким бы идеальным не было согласование.
И еще. Линия, сама по себе никаким образом не меняет амплитуду (это высказывание физически неверно).
Амплитутда поля устанавливается в результате интерференции волн бегущих в противоположных направлениях.
Прочитайте книжку Pozar-а, там все детально расписано.

... вы увидите изменение поля, но вы не сможете измерить КСВН, так как не найдёте ни одной пучности и ни одного узла!

То что вы не можете что-то измерить, не означает, что этого нет.
Есть изменение поля - значит есть стоячая волна. Другого быть не может.
Если интересно, можно просчитать отражения от мест стыковки двух линий и от нагрузки.
И затем, использую Ansoft Designer или CST DS-studio, убедиться в наличие отраженной волны в линии В.

Именно поэтому антенна и должна быть идеально согласована с подводящим фидером!

Тут, хотелось бы уточнить. Идеальное согласование это полное отсутствие отражений от самой антены.
Что невозможно принципиально. Приходится согласовывать с помощью дополнительных элементов в подводящем тракте.
И как бы идеально в результате вы не согласовали антенну с фидером, это всегда даст перенапряжение в месте согласования.

На этом все, спасибо за дискуссию. Надеюсь она была полезной !

[mother]

Так, в главном, наконец, сошлись. В согласующей линии B есть распределние максимумов напряжений или СТОЯЧАЯ ВОЛНА...
То что вы не можете что-то измерить, не означает, что этого нет.
Есть изменение поля - значит есть стоячая волна. Другого быть не может...

Нет. В этом мы как раз и не сошлись! Изменение наряжённости поля не означает всегда наличие отражённой волны. Нет минимумов и максимумов - значит нет интереференции и значит нет взаимодействия двух волн. Именно это и происходит в поле точечного излучателя - как вам должно быть известно. И именно это происходит на одной частоте (подчёркиваю!) в четвертьволновой идеальной согласующей линии. Возьмте КСВН-метр и скажите тогда мне какое КСВН в 50-Омном тракте длиной в четверть волны, когда он согласлвывает 100 Ом с 25 Омами генератора!!!
Меняя место положения зонда вдоль линии вы увидите изменение наряжённости поля. Но какое КСВН?!!! Напряжённость поля будет плавно увеличиваться от генератора к нагрузке. Но какая там стоячая волна, если вы не можете, повторяюсь, мне сказать велечину КСВН?
А заявление типа - "Есть изменение поля - значит есть стоячая волна. Другого быть не может..." - мне кажется не метод дискуссии...
Но тем не менее, действительно, спасибо вам!

[navuho]

А заявление типа - "Есть изменение поля - значит есть стоячая волна. Другого быть не может..." - мне кажется не метод дискуссии...

Хорошо, рассуждаем дальше.
Что может быть в линиях передач ?

1. Чисто бегущая от генератора волна. A0*exp(wt-kz) ---------> [амплитуда постоянна вдоль линии !]

2. Чисто отраженная волна A1*exp(wt+kz) ---------------> [амплитуда постоянна вдоль линии !]

3. Сумма бегущих и отраженных волн. Это наш случай. -----> [амплитуда поля зависит от положения !]

Эта сумма математически раскладывается на чисто бегущую волну + стоячая волна.
Наличие стоячей волны дает перенапряжение (по сравнению с подводящей линией)

Какие у вас есть еще варианты ?
Все это можно и посчитать (точно!) и измерить. Вы знаете длину волны, знаете что распределение - косинус.
Этого достаточно.

Изменение напряжённости поля не означает всегда наличие отражённой волны. Нет минимумов и максимумов - значит нет интереференции и значит нет взаимодействия двух волн.

Вас смущает, что расстояние всего l/4 ? От этого волны не перестают быть волнами.
Можно и l/1000 рассматривать. В этом случае только число мод увеличится.
Их супперпозиция и даст вам картину поля вблизи неоднородности (скачок импеданса).
Всем этим можно и пренебречь, если мощности маленькие. В противном случае приходится
досконально изучать структуру полей в волноводе. Иначе - пробой обеспечен.