Заглушка (электроника) - Stub (electronics)

Цепи резонансного заглушки в радиоламповом ранцевом приемопередатчике УВЧ , 1938 год. Длина волны около 1/8 длины: (слева) шлейф 200 МГц равен 19 см, (справа) шлейф 300 МГц равен 12,5 см.

FM-передатчик мощностью 10 кВт с 1947 года, показывающий четвертьволновую резонансную цепь бака с заглушкой

В микроволновой и радиочастотной технике шлейф или резонансный шлейф - это отрезок линии передачи или волновода , подключенный только с одного конца. Свободный конец шлейфа остается либо разомкнутым, либо закороченным (как всегда бывает в волноводах). Пренебрегая потерями в линии передачи, входное сопротивление шлейфа является чисто реактивным ; либо емкостный или индуктивный , в зависимости от электрической длины шлейфа, а также от того, является открытым или коротким замыканием. Таким образом, шлейфы могут функционировать как конденсаторы , катушки индуктивности и резонансные цепи на радиочастотах.

Поведение шлейфов обусловлено стоячими волнами по их длине. Их реактивные свойства определяются их физической длиной по отношению к длине волны радиоволн. Поэтому шлейфы чаще всего используются в цепях УВЧ или СВЧ, в которых длины волн достаточно короткие, чтобы шлейф был удобно маленьким. Их часто используют для замены дискретных конденсаторов и катушек индуктивности, поскольку на частотах УВЧ и СВЧ сосредоточенные компоненты плохо работают из-за паразитного реактивного сопротивления. Шлейфы обычно используются в схемах согласования импеданса антенн , частотно-селективных фильтрах и резонансных схемах для электронных генераторов УВЧ и усилителей ВЧ .

Шлейфы могут быть сконструированы с любым типом линии передачи : параллельной проводящей линией (где они называются линиями Лечера ), коаксиальным кабелем , полосковой линией , волноводом и диэлектрическим волноводом . Шлейфовые цепи могут быть спроектированы с использованием диаграммы Смита , графического инструмента, который может определить, какую длину линии использовать для получения желаемого реактивного сопротивления.

Короткозамкнутый шлейф

Входной импеданс без потерь короткого замыкания линии,

{\ Displaystyle Z _ {\ mathrm {SC}} = jZ_ {0} \ tan (\ beta l) \, \!}

где j - мнимая единица , - характеристический импеданс линии, - фазовая постоянная линии, - физическая длина линии. ${\ displaystyle Z_ {0}}$ ${\ Displaystyle \ бета = 2 \ пи / \ лямбда \,}$ ${\ displaystyle l}$

Таким образом, в зависимости от того , положительный или отрицательный, шлейф будет индуктивным или емкостным соответственно. ${\ Displaystyle \ загар (\ бета л)}$

Длина шлейфа , чтобы действовать в качестве конденсатора C при угловой частоте от затем определяется по формуле: ${\ displaystyle \ omega}$

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

Длина шлейфа, который будет действовать как индуктор L на той же частоте, определяется как:

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

Заглушка с открытым замком

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 , положительный или отрицательный, шлейф будет емкостным или индуктивным соответственно. ${\ Displaystyle \ детская кроватка (\ бета l)}$

Длина отрезка разомкнутой цепи, который действует как индуктор L на угловой частоте, составляет: ${\ displaystyle \ omega}$

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

Длина отрезка разомкнутой цепи, который действует как конденсатор C на той же частоте, составляет:

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

Резонансный заглушка

Шлейфы часто используются в качестве резонансных контуров в генераторах и фильтрах с распределенными элементами . Шлейф разомкнутой цепи такой длины будет иметь емкостное сопротивление на низкой частоте, когда . Выше этой частоты импеданс является индуктивным. Именно на заглушке имеется короткое замыкание. Качественно это то же поведение, что и в последовательном резонансном контуре. Для линии без потерь постоянная изменения фазы пропорциональна частоте, ${\ displaystyle \ scriptstyle l}$ ${\ Displaystyle \ scriptstyle \ beta l <\ pi / 2}$ ${\ displaystyle \ scriptstyle \ beta l = \ pi / 2}$

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

где v - скорость распространения, постоянная с частотой для линии без потерь. В таком случае резонансная частота определяется выражением

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

Хотя шлейфы функционируют как резонансные контуры, они отличаются от резонансных контуров с сосредоточенными элементами тем, что имеют несколько резонансных частот; в дополнение к основной резонансной частоте , они резонируют на кратные этой частоте . Импеданс не будет продолжать монотонно расти с частотой после резонанса, как в контуре с сосредоточенной настройкой. Он будет подниматься до точки, в которой он будет разомкнутой цепи. После этой точки (которая на самом деле является точкой антирезонанса ) импеданс снова станет емкостным и начнет падать. Он будет продолжать падать, пока в нем снова не произойдет короткое замыкание. На этом этапе фильтрующее действие заглушки полностью отказало. Этот отклик шлейфа продолжает повторяться с увеличением частоты, чередующейся между резонансом и антирезонансом. Не только шлейфы, но и все фильтры с распределенными элементами являются характеристикой того, что существует некоторая частота, за которой фильтр выходит из строя и возникает множество нежелательных полос пропускания . ${\ displaystyle \ scriptstyle \ omega _ {0} \,}$ ${\ displaystyle \ scriptstyle n \ omega _ {0} \,}$ ${\ Displaystyle \ scriptstyle \ beta l = \ pi}$ ${\ Displaystyle \ scriptstyle \ бета l = 3 \ pi / 2 \,}$

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

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 характеристическим 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 за счет действия трансформатора импеданса на длине основной линии. Длина шлейфа выбрана так, чтобы он в точности компенсировал реактивную часть представленного импеданса. Таким образом, шлейф делается емкостным или индуктивным в зависимости от того, имеет ли основная линия индуктивное или емкостное сопротивление соответственно. Это не то же самое, что фактический импеданс нагрузки, поскольку реактивная часть импеданса нагрузки будет зависеть от действия трансформатора импеданса, а также резистивная часть. Соответствующие заглушки можно настроить так, чтобы их можно было откорректировать во время теста.

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 оптимизирована для согласования импеданса вместо передачи полосы пропускания. Результирующая функция передачи сети имеет пульсации полосы пропускания, как фильтр Чебышева, но пульсации никогда не достигают вносимых потерь 0 дБ в любой точке полосы пропускания, как это было бы для стандартного фильтра.

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 планарными линиями передачи, когда требуется шлейф с низким сопротивлением. Для линий с низким характеристическим сопротивлением требуется широкая линия. При использовании 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 основной линии. Пара соединенных таким образом радиальных заглушек называется заглушкой-бабочкой или заглушкой-бабочкой.

Смотрите также

Трансформатор четвертьволнового импеданса

Languages

In other projects