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.  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. 
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.
|
