тура L и его емкости С. В СВЧ-диапазоне существенную часть С составляют собственные емкости генераторного прибора и паразитные емкости монтажа, параллельные контуру. При этом чем больше мощность генератора, тем обычно больше собственная емкость прибора Поэтому при увеличении частоты начиная с некоторого ее значения становится невозможным уменьшение емкости контура С и его перестройка в область более высоких частот осуществляется уменьшением L. Сначала используют катушку из одного витка и, наконец, из части витка: конструкция контура становится неудобной. Уменьшается волновое сопротивление контура р = VL/C и эквивалентное резонансное сопротивление контура R = pQ, где Q - добротность контура. Это ведет к снижению к. п. д. контура и падению мощности на выходе генератора. Уменьшение геометрических размеров индуктивной катушки и конденсатора контура приводит к ограничению допустимого кон-lypHoro тока и колебательной мощности

С ростом частоты увеличиваются потери на излучение, потери в диэлектрических деталях контура, потерн за счет скин-эффекта в соединительных проводах, увеличивается также индуктивное сопротивление этих проводников и выводов электродов приборов. Поэтому в СВЧ-диапазоне, начиная уже с метрового диапазона, генераторный прибор и PC объединяют в единый конструктивный узел. При этом индуктивную часть PC выполняют в виде отрезка длинной линии с индуктивным входным сопротивлением. Входные концы проводников линии жестко закрепляют на выводах электродов генераторного прибора. Противоположный конец линии может быть замкнут накоротко (при подключении к ламповым тp[oдaм, тетродам) или разомкнут, если генератор выполнен на диэлектрической подложке (при подключении к транзисторам, ЛПД).

Емкостная часть PC обычно образуется собственной емкостью прибора Со. Если же эта емкость недостаточна, ее можно увеличить с помощью соответствующих конструктивных элементов **.

* Для увеличения рассеиваемой мощности приходится увеличивать площадь электродов прибора.

** В некоторых случаях реактивное сопротивление генераторного прибора может оказаться индуктивным. Тогда для образования PC параллельно подключают отрезки линий с емкостным входным сопро-гипленнем,

Эквивалентные схемы PC и графики распределения вдоль линии СВЧ-тока / (х) и напряжения U (х) для основного вида колебаний показаны на рис. 3.1. Зависимости амплитуд тока и напряжения вдоль короткозамкп>той на конце линии (рис. 3.1, а, б) имеют вид:

U{x) = U sin(2nxA,);

/() = /max С05(2лхАл);

(3.1)

Здесь X - координата, отсчитываемая вдоль линии от ее короткозамкнутого конца; /щах-амплитуда тока в месте короткого замыкания; Lmax - амплитуда напряжения при х = KJA; Xj,-длина волны в линии; Z( - волновое сопротивление линии.

В выражениях (3.1) не учтены noiepn в линии, которые обычно малы В том же приближении входное сопротивление линии длиной /, нагруженной на

произвольную нагрузку Z , определяем выражением

Рис. 3.1. Эквивалентные схемы PC, состоящих из сосредоточенной емкости Со и короткозамкнутого (а) и разомкнутого (в) отрезков линий, и распределение вдоль линий амплитуд СВЧ напряжения и тока при работе на низшем виде колебаний (б, г)

Z/ - Zfl

Z + /Zo tg (2nl/K)

(3.2)

Zu + /Z tg{2nl/l,y

Для короткозамкнутой линии Z = О и = - /Zo tg (2n/AJ.

Условие резонаргса системы такого типа может быть записано как равенство нулю в сечении а-а (рис. 3.1, й) суммы реактивных сопротивлений (на резонансной частоте 0 или длине волны в линии К^п)-

1/(/о)пСо) + /Zo tg {2л1/К,) = 0. (3.3)

Если линия заполнена воздухом или в ней создан вакуум, а возбуждаемая в линии волна поперечная (Г-волна), то = к, и, если длину волны в свободргом пространстве вы разить в см, а емкость зазора Со - в пФ, то вместо (3.3)

получаем

tg(2n/Ao) = 5,3ao/(CoZo). (3.4)

Условие резонанса на заданной длине волны Х выполняется, если

1 = 1о + пХ/2, (3.5)

тле lo = aTctg-~-; n = О, 1, 2, ... - определяет вид колебаний.

Номер п = О соответствует низшему (основному) виду колебаний, который возбуждается, если длина линии 0< <1о <. /4; номер п = 1 соответствует первому обертону, при котором вдоль линии укладывается несколько больше половины длины волны, но меньше трех четвертей ее.

При заданном значении сосредоточенной емкости может быть сконструировано бесчисленное множество PC такого типа, настроенных на заданную длину волны и отличаю-ш,ихся друг от друга длиной отрезка линии. С другой стороны, каждой PC с фиксированной длиной линии соответствует бесконечное множество резонансных длин волн (резонансных частот). На практике обычно используют PC, работающие на основном виде колебаний и на первом обертоне.

Если PC образована сосредоточенной емкостью Со, к которой подключен отрезок разомкнутой на конце линии (рис. 3.1, в, г), в (3.2) следует подставить = оо. Тогда условие резонанса можно записать как

l/(cooCo) + Zoctg (2л/Д,о) = 0,

а длину линии, отвечающей условию резонанса на заданной длине волны к:

l = lo + {n + 0,b)Kj2,

где

Низшему (основному) виду колебаний в линии (п = 0) соответствует длина линии /о> лежащая в пределах от К/4 до KJ2.

Зависимость амплитуды напряженности электрического или магнитного полей в любой точке системы от частоты имеет бесконечное число максимумов, каждый из которых наблюдается на резонансной частоте, соответствующей