Заглушка (электроника) - Stub (electronics) - Wikipedia

Резонансные шлейфовые цепи в вакуумная труба рюкзак UHF трансивер, 1938. Около 1/8 длины волны: (оставили) Шлейф 200 МГц - 19 см, (верно) Шлейф 300 МГц - 12,5 см

10 кВт FM-передатчик с 1947 года - четвертьволновая резонансная цепь бака с заглушкой

В микроволновая печь и радиочастота инженерное дело заглушка или же резонансный заглушка это длина линия передачи или же волновод который подключен только на одном конце. Свободный конец шлейфа остается либо разомкнутым, либо закороченным (как всегда бывает для волноводов). Без учета потерь в ЛЭП входное сопротивление заглушки чисто реактивный; либо емкостной или же индуктивный, в зависимости от электрическая длина заглушки и от того, обрыв она или короткое замыкание. Таким образом, заглушки могут функционировать как конденсаторы, индукторы и резонансные контуры на радиочастотах.

Поведение заглушек связано с стоячие волны по их длине. Их реактивный свойства определяются их физической длиной по отношению к длина волны радиоволн. Поэтому заглушки чаще всего используются в УВЧ или же микроволновая печь схемы, в которых длины волн достаточно короткие, чтобы шлейф был удобно маленьким.^[1] Их часто используют для замены дискретных конденсаторов и катушек индуктивности, поскольку на УВЧ и СВЧ частотах сосредоточенные компоненты плохо работают из-за паразитного реактивного сопротивления.^[1] Заглушки обычно используются в антенна согласование импеданса схемы частотно-селективные фильтры, и резонансные контуры для УВЧ электронные генераторы и Усилители RF.

Заглушки могут быть изготовлены из любого типа линия передачи: параллельная проводящая линия (где их называют Линии Лечера ), коаксиальный кабель, полоса, волновод, и диэлектрический волновод. Шлейфовые цепи могут быть спроектированы с использованием Диаграмма Смита, графический инструмент, который может определить, какую длину линии использовать для получения желаемого реактивного сопротивления.

Короткозамкнутый шлейф

В входное сопротивление короткозамкнутой линии без потерь,

${\displaystyle Z_{\mathrm {SC} }=jZ_{0}\tan(\beta l)\,\!}$

где j - мнимая единица, ${\displaystyle Z_{0}}$ это характеристическое сопротивление линии, ${\displaystyle \beta =2\pi /\lambda \,}$ это фазовая постоянная линии, и ${\displaystyle l}$ - физическая длина линии.

Таким образом, в зависимости от того, ${\displaystyle \tan(\beta l)}$ положительный или отрицательный, шлейф будет индуктивным или емкостным соответственно.

Длина шлейфа для работы в качестве конденсатора C загар угловая частота из ${\displaystyle \omega }$ тогда дается:

${\displaystyle l={\frac {1}{\beta }}\left[(n+1)\pi -\arctan \left({\frac {1}{\omega CZ_{0}}}\right)\right]}$

Длина шлейфа для работы в качестве индуктора L с той же частотой определяется по:

${\displaystyle l={\frac {1}{\beta }}\left[n\pi +\arctan \left({\frac {\omega L}{Z_{0}}}\right)\right]}$

Заглушка с разомкнутой цепью

Входное сопротивление шлейфа разомкнутой цепи без потерь определяется выражением

${\displaystyle Z_{\mathrm {OC} }=-jZ_{0}\cot(\beta l)\,\!}$

Отсюда следует, что в зависимости от того, ${\displaystyle \cot(\beta l)}$ положительный или отрицательный, шлейф будет емкостным или индуктивным соответственно.

Длина шлейфа разомкнутой цепи, служащего индуктором L на угловой частоте ${\displaystyle \omega }$ является:

${\displaystyle l={\frac {1}{\beta }}\left[(n+1)\pi -\operatorname {arccot} \left({\frac {\omega L}{Z_{0}}}\right)\right]}$

Длина шлейфа разомкнутой цепи для работы в качестве конденсатора C с той же частотой:

${\displaystyle l={\frac {1}{\beta }}\left[n\pi +\operatorname {arccot} \left({\frac {1}{\omega CZ_{0}}}\right)\right]}$

Резонансный заглушка

Шлейфы часто используются как резонансные цепи в генераторы и фильтры с распределенными элементами. Заглушка разомкнутой цепи длины ${\displaystyle \scriptstyle l}$ будет иметь емкостное сопротивление на низкой частоте, когда ${\displaystyle \scriptstyle \beta l<\pi /2}$. Выше этой частоты сопротивление индуктивно. Точно ${\displaystyle \scriptstyle \beta l=\pi /2}$ заглушка представляет собой короткое замыкание. Качественно это то же поведение, что и в последовательном резонансном контуре. Для линии без потерь постоянная изменения фазы пропорциональна частоте,

${\displaystyle \beta ={\omega \over v}}$

куда v - скорость распространения, постоянная с частотой для линии без потерь. Для такого случая резонансная частота определяется выражением

${\displaystyle \omega _{0}={\frac {\pi v}{2l}}}$

Хотя шлейфы функционируют как резонансные контуры, они отличаются от сосредоточенный элемент резонансные контуры в том смысле, что они имеют несколько резонансных частот; в дополнение к основной резонансной частоте ${\displaystyle \scriptstyle \omega _{0}\,}$, они резонируют с частотой, кратной этой частоте: ${\displaystyle \scriptstyle n\omega _{0}\,}$. Импеданс больше не будет расти монотонно с частотой после резонанса, как в контуре с сосредоточенными параметрами. Он поднимется до точки, где ${\displaystyle \scriptstyle \beta l=\pi }$ в этот момент это будет разомкнутая цепь. После этого момента (который на самом деле антирезонансный точка) сопротивление снова станет емкостным и начнет падать. Он будет продолжать падать до ${\displaystyle \scriptstyle \beta l=3\pi /2\,}$ он снова представляет собой короткое замыкание. На этом этапе фильтрующее действие заглушки полностью отказало. Этот отклик шлейфа продолжает повторяться с увеличением частоты, чередующейся между резонансом и антирезонансом. Характерной чертой не только заглушек, но и всех фильтров с распределенными элементами является то, что существует некоторая частота, за которой фильтр выходит из строя и возникает множество нежелательных полосы пропускания производятся.^[2]

Точно так же заглушка короткого замыкания является антирезонатором при ${\displaystyle \scriptstyle \pi /2}$, то есть он ведет себя как параллельный резонансный контур, но снова выходит из строя, поскольку ${\displaystyle \scriptstyle 3\pi /2}$ приближается.^[2]

Соответствие заглушек

В полосковой схеме заглушка может быть размещена непосредственно перед выходным разъемом, чтобы компенсировать небольшие несоответствия из-за выходной нагрузки устройства или самого разъема.

Шлейфы могут использоваться для согласования полного сопротивления нагрузки с волновым сопротивлением линии передачи. Заглушка располагается на некотором расстоянии от груза. Это расстояние выбирается таким образом, чтобы в этой точке резистивная часть импеданса нагрузки была сделана равной резистивной части характеристического импеданса на действие трансформатора импеданса длины основной линии. Длина шлейфа выбрана таким образом, чтобы он точно компенсировал реактивную часть представленного импеданса. Таким образом, шлейф делается емкостным или индуктивным в зависимости от того, имеет ли основная линия индуктивный или емкостной импеданс соответственно. Это не то же самое, что фактическое сопротивление нагрузки, поскольку реактивная часть импеданса нагрузки будет зависеть от действия трансформатора импеданса, а также резистивная часть. Соответствующие заглушки можно настроить таким образом, чтобы их можно было откорректировать при испытании.^[3]

Один шлейф может обеспечить идеальное совпадение только на одной определенной частоте. Для широкополосного согласования можно использовать несколько шлейфов, расположенных на расстоянии вдоль основной линии передачи. Результирующая структура подобна фильтру, и применяются методы проектирования фильтров. Например, согласующая сеть может быть спроектирована как Фильтр Чебышева но оптимизирован для согласования импеданса вместо передачи полосы пропускания. Результирующая передаточная функция сети имеет полосу пропускания рябь как и фильтр Чебышева, но пульсации никогда не достигают вносимых потерь 0 дБ в любой точке полосы пропускания, как это было бы для стандартного фильтра.^[4]

Радиальная заглушка

Микрополосковый фильтр с заглушками-бабочками

Радиальные заглушки - это плоский компонент, который состоит из сектора круга, а не из линии постоянной ширины. Они используются с планарные линии передачи когда требуется переходник с низким сопротивлением. Для линий с низким характеристическим сопротивлением требуется широкая линия. В случае широкой линии соединение заглушки с основной линией находится не в четко определенной точке. Радиальные заглушки преодолевают эту трудность, сужаясь до точки на стыке. В цепях фильтрации с использованием шлейфов они часто используются парами, по одной с каждой стороны главной линии. Пара соединенных таким образом радиальных штырей называется заглушкой-бабочкой или заглушкой-бабочкой.^[5]

Рекомендации

1. Шуарт, Джордж У. (октябрь 1934 г.). «Новые высокоомные линии заменяют катушки» (PDF). Коротковолновое ремесло. Нью-Йорк: Popular Book Corp. 5 (6): 332–333. Получено 24 марта, 2015.
2. Ганеш Прасад Шривастава, Виджай Лакшми Гупта, СВЧ-устройства и схемотехника, стр. 29-31, PHI Learning, 2006 г. ISBN  81-203-2195-2.
3. F.R. Коннор, Передача волн, стр. 32-34, Edward Arnold Ltd., 1972 г. ISBN  0-7131-3278-7.
4. Matthaei, G .; Янг, L .; Джонс, Э. М. Т., Микроволновые фильтры, сети согласования импеданса и структуры связи, стр 681-713, McGraw-Hill 1964.
5. Цзя-Шен Г. Хун, М. Дж. Ланкастер, Микрополосковые фильтры для ВЧ / СВЧ-приложений, стр. 188-190, Wiley, 2004 г. ISBN  0471464201.

Смотрите также

• Трансформатор четвертьволнового импеданса