Поиск по сайту

6.1.1. Резонансные свойства отрезков линий

Линия передачи, длина которой соизмерима с длиной волны распространяющихся в ней электромагнитных колебаний (l=lдл.вол), а расстояние между ее проводниками значительно меньше четверти длины волны, называется длинной линией.

При идеальном согласовании линии с нагрузкой, когда линия нагружена на чисто активное и равное волновому сопротивление (Zн = R = Zв), в линии существуют только падающие волны [волны, распространяющиеся по линии от генератора к нагрузке}. Напряжение и ток вдоль линии передачи имеют одно и то же значение, а фазы волны различны. Отсутствие отраженных волн объясняется тем, что вся подводимая падающими волнами энергия поглощается нагрузкой (рассеивается на ней}. Такая линия называется согласованной с нагрузкой, а режим в линии называют режимом бегущих волн.

Если линия разомкнута (Zн = бесконечности, замкнута накоротко (Zн=O) либо

нагрузка имеет явно выраженный реактивный характер (Zн=jXн), то нагрузка Zн не поглощает энергию, а полностью отражает ее обратно ,к источнику сигнала (генератору). Такой режим в линии характеризуется интерференцией падающих и отраженных волн. Отраженные волны, складываясь с падающими, создают так называемые стоячие волны. В этом случае на линии имеются некоторые точки, в которых напряжение всегда равно нулю: это — узлы напряжения. Точки, где напряжение по амплитуде максимально, называются «пучностями» напряжения.

Входные сопротивления короткозамкнутой и разомкнутой линии имеют реактивный характер и изменяются от длины линии, а в точках, кратных четверти длины волны {l = п * lдл.вол/4), входное сопротивление активное и имеет значение Z=0 или Z=бесконечности.

Отрезки длинных линий, длина которых кратна четверти длины волны называются РЕЗОНАНСНЫМИ.

В радиотехнике широко используется свойство отрезков длинной линии резонировать на определенных частотах. Геометрическую длину линии можно уменьшить подсоединением конденсатора к ее разомкнутым концам (рис.6.6). Включение конденсатора переменной емкости (варикапа) позволяет настроить отрезок длинной линии (колебательный контур с распределенными параметрами) на необходимую длину волны.

6-1-11.jpg

Рис. 6.6. Уменьшение геометрической длины линии

Отрезки длинных линий (замкнутых или разомкнутых на конце} применяют в качестве элементов фильтров резонансных контуров высокочастотных блоков, шлейфов для настройки антенн и т. д. Величина и характер входного сопротивления разомкнутой (рис. 6.7) и замкнутой линии (рис. 6.8) изменяются в зависимости от того, какое количество волн укладывается вдоль линии.

6-1-12.jpg

Если нагрузка линии не равна волновому сопротивлению линии, то режим в линии характеризуется одновременным существованием стоячих и бегущих волн. Такой режим в линии называется СМЕШАННЫМ. В таких линиях нет узлов и пучностей напряжения и тока, а есть максимумы и минимумы напряжения и тока. Оценка режима работы линии характеризуется коэффициентом бегущей волны:

КБВ=Umin/Umax (6.6)

где Umin — амплитуда в узле напряжения. В;

Umax, амплитуда в пучности напряжения, В.

Коэффициент бегущей волны можно определить из соотношений:

K=R/Z при R<Z и K=Z/R при R>Z (6.7)

где Z — волновое сопротивление линии;

R — сопротивление нагрузки линии.

Следовательно, этот коэффициент характеризует собой степень согласования линии с нагрузкой. При R=Z oн равен единице, что означает полное согласование линии с нагрузкой, при котором в линии будет режим бегущей волны.

В действительности такие линии не существуют из-за невозможности идеального согласования нагрузки с линией.

Величина, обратная коэффициенту бегущей волны, называется КОЭФФИЦИЕНТОМ СТОЯЧЕЙ ВОЛНЫ:

КСВ=1/КБВ. (6.8)

Отношение амплитуд напряжения отраженной и падающей волн называется КОЭФФИЦИЕНТОМ ОТРАЖЕНИЯ, который определяется из формул:

р = (1 -КБВ)/(1 +КБВ) или (6.9) р = (КСВ- 1)/(КСВ+1). (6.10)

Измеряют амплитуды напряжений падающей и отраженной волн с помощью направленных ответвителей.

  © riostat.ru