Короткозамкнена лінія (кзл)

Стоячі хвилі в КЗЛ.

У короткозамкненому кінці лінії (рис. 14) відбувається формування стоячої хвилі. Але на відміну від РЗЛ, напруга і електричне поле зникають, а струм і магнітне поле зростають удвічі. Тому і граничні умови зворотні по відношенню до РЗЛ. У кінці лінії пучність струму і вузол напруги.

Рис. 1.14 Графіків стоячих хвиль в короткозамкненій лінії. Показання вольтметра (V - суцільний) і амперметра (А - пунктиром);

Усі властивості СХ і КЗЛ і РЗЛ однакові. Графіки СХ і КЗЛ (рис. 1.14) відрізняються від графіків для РЗЛ тільки перенесенням початку на відстань рівну .

Відповідно до нових граничних умов, рівняння СХ в КЗЛ має вигляд:

_{Вхідний опір КЗЛ}

Формулу для вхідного опору отримаємо, розділивши амплітуду напруги СХ на амплітуду струму:

Вхідний опір КЗЛ без втрат є реактивним і змінюється при збільшенні аргументу за тангенсоидальному законом.

Рис. 1.15 Графіки зміни:

а) показань приладів; б) реактивною і в) активною складових вхідного опору по довжині короткозамкненої лінії.

Графіки вхідного опору (рис. 1.15) також можна отримати з відповідного графіку для РЗЛ (рис. 15), перемістивши початок координат на чверть довжини хвилі. У КЗЛ з втратами існує активна складова вхідного опору, пропорційна довжині відрізку лінії:

При паралельному резонансі, коли , опір різко зростає до величини:

Завдання 9.9. Обґрунтуйте правильність графіку , використовуючи графіки зміни показань приладів (рис. 1.15).

Застосування КЗЛ

1). В якості металевого ізолятора.

Високий вхідний опір чвертьхвильового відрізку КЗЛ (до 10 і більше мегом) дозволяє використати його в якості ізолятора. На рис. 16 показаний такий ізолятор. На нього спирається лінія фідера. У точці підключення - вузол струму, тому ізолятор практично не споживає струм від фідера. Особливості такого ізолятора:

• Моночастотність. Вже при незначній зміні частоти резонанс порушується (тобто ) і вхідний опір різко падає.

• Фільтрація парних гармонік. Якщо по фідеру від РПДУ до антени, разом з сигналом, передаються парні гармоніки, то для них відрізок КЗЛ має довжину кратну півхвилі ( і так далі). При такій довжині відрізок КЗЛ працює в режимі послідовного резонансу (рис. 1.15). Його вхідний опір близький до нуля і фідер замкнутий накоротко. Тому парні гармоніки відбиваються в РПДУ.

Рис 1.16. Схема застосування чверть хвилевого відрізку в якості металевого ізолятора

2). В якості паралельного коливального контуру.

Чвертьхвильовий відрізок КЗЛ широко використовується на УКХ замість паралельного контуру. В порівнянні з півхвилею РЗЛ, він удвічі коротший, тому його добротність і вхідний опір удвічі і вище.

Рис. 1.17 Застосування відрізку КЗЛ в якості паралельного контуру:

а) схема;

б) еквівалентна схема

Переміщення короткозамкненої перемички (містка) дозволяє змінити довжину відрізку, настроюючи його в резонанс на різні довжини хвиль:

Переміщення точок підключення ГВЧ по КЗЛ дозволяє регулювати величину вхідного опору від нуля - в украй лівому (рис. 1.17). При середньому положенні справа і зліва від ГВЧ включені відрізки КЗЛ і РЗЛ коротше за чверть хвилі. Вони еквівалентні відповідно до індуктивності і ємності. Переміщення ГВЧ вліво рівноцінно збільшенню L і зменшенню С. При цьому росте.

3). В якості хвилеміра.

Хвилемір на основі КЗЛ (рис. 1.18) відрізняється тим, що в цій схемі точки підключення нерухомі, а переміщається короткозамкнутий місток.

Рис. 1.18 Схема застосування КЗЛ в якості хвилеміра.

Вимірюється відстань між двома сусідніми положеннями містка, яким відповідають вузли напруги - мінімальні свідчення вольтметра.

Такий хвилемір надійніший, ніж хвилемір на основі РЗЛ.

Приклад: Дана КЗЛ, відомо (Ом); (Ом). Вимагається розрахувати добротність і резонансний опір.

Відповіді: ; кОм.

Лінія навантажена на реактивний опір

1. У лінії навантаженої на конденсатор або котушку також виникає СХ, оскільки реактивний опір не споживає енергії. Їх вхідний опір дорівнює опору РЗЛ або КЗЛ певної довжини. На цю довжину можна укоротити лінію, зберігши незмінними її властивості.

2. Лінія навантажена на конденсатор

Нехай вимагається зменшити довжину чвертьхвильової РЗЛ (рис. 1.19), зберігши налаштування в резонанс.

Рис. 1.19 Лінія навантажена на ємність: схема і графіки.

Відрізок РЗЛ завдовжки , на яку вимагається укоротити початкову лінію, чинить ємнісний опір . Якщо його замінити конденсатором з таким же опором , то резонанс не порушується. Але , а . Прирівнявши ці вирази, отримаємо (9.24)

Змінюючи ємність , можна настроювати відрізок ліні в резонанс на різні частоти. Такі лінії знайшли широке застосування в РЕО УКХ. Зокрема вони використовуються в глісадах РПУ посадочної системи СП-70 і КУРС-МП-2.

3. Лінія, навантажена на котушку індуктивності

Аналогічне укорочення чверть хвилевого відрізку КЗЛ можна отримати навантаживши укорочений відрізок індуктивністю

Рис. 1.20 Лінія навантажена на індуктивність: схема і графіки.

Прирівнявши вирази і , отримаємо

Приклад: Вимагається розрахувати значення ємності конденсатора і індуктивності , включення яких дозволить, зберігши резонанс, удвічі зменшити довжину чвертьхвильових відрізків РЗЛ і КЗЛ. Відомо: ; (Ом).

Відповіді: ; мкГн.