1.3. Свойство и использование отрезков длинных линий

Рассмотрим частные случаи работы длинных линий:

• линия разомкнута на конце ;

• линия зaмкнута на конце .

Так как нагрузка отсутствует, то энергия бегущей от генератора волны не может быть поглощена и не может двигаться далее разрыва или перемычки. Естественно предположить, что бегущая от генератора падающая волна должна отразиться в сечении разрыва или перемычки и двигаться в обратном направлении. Значит, в этом случае существуют одновременно две бегущие волны – падающая и отраженная. Падающая волна распространяется от генератора, отраженная – к генератору. В случае полного отражения (если амплитуды падающей и отраженной волны равны U_пад = U_отр) возникает режим стоячих волн.

1.4. Применение длинных линий

Как уже указывалось, благодаря наличию распределенных индуктивностей и емкостей линия аналогична по своим свойствам колебательному контуру.

Выполнить контур с сосредоточенными параметрами на сверхвысокие частоты практически невозможно, так как одни только соединительные провода имеют собственные индуктивность и емкость, которые превышают требуемые для контура. Кроме того, с ростом частоты резко увеличиваются потери и уменьшается добротность контура за счет поверхностного эффекта, диэлектрических потерь и потерь на излучение.

В диапазоне дециметровых волн в качестве колебательных контуров часто используют воздушные или коаксиальные линии, замкнутые на конце. Настройка таких контуров осуществляется изменением длины линии путем перемещения закорачивающей перемычки в двухпроводных линиях или плунжера (поршня) в коаксиальных линиях. Добротность таких систем достигает нескольких тысяч.

Рис. 1.2. Примеры применения длинных линий

С ростом частоты сильно возрастают потери в изоляторах из диэлектрика. Поэтому на дециметровых и сантиметровых волнах¹ применяют металлические изоляторы, представляющие собой короткозамкнутую линию длиной /4 (рис. 1.2., а).

Входное сопротивление такой линии очень велико, и в качестве изолятора в диапазоне СВЧ она по свойствам превосходит обычный диэлектрик. Недостатком металлических изоляторов является возможность использования их только при определенной длине волны, четверть от которых они составляют.

Отрезки разомкнутых линий могут использоваться в качестве фильтров. Длина их делается равной четверти длины той волны , которую не следует пропускать в нагрузку (рис. 1.2., б). Поэтому входное сопротивление фильтра для колебаний с длиной волны  в точках а и б весьма мало (подобно сопротивлению последовательного контура, настроенного в резонанс) и к нагрузке они не распространяются.

Полезной волне ^{`</sup> фильтр оказывает реактивное сопротивление и от него может произойти частичное отражение. Во избежание этого к точкам а и б присоединятся короткозамкнутая линия определенной длины, компенсирующая для волны <sup>`} действие фильтра (на рис.1.2., б она показана пунктиром).

Длинные линии могут использоваться для задержки импульсов напряжения на определенное время, что объясняется конечной (хотя и очень большой) скоростью распространения волн вдоль линии. Для получения большого времени задержки применяют искусственные линии (линии задержки), состоящие из ряда ячеек LC (рис.1.2., в). после подачи на вход импульса первым будет заряжаться конденсатор С₁. Конденсатор С₂ зарядится спустя некоторое время, так как индуктивность L₁ препятствует быстрому нарастанию тока. Аналогично будет происходить заряд конденсатора С₃ и т.д. Чем больше индуктивность, тем медленнее заряжается каждый конденсатор; чем больше емкость конденсатора, тем больше время его заряда. Время прохождения импульса через ячейки (время задержки) определяются выражением

, где L₌L₁₌L₂₌ …= L_n, C₌C₁₌C₂₌ …= C_n, а n– число ячеек.

Длинные линии широко применяются в измерительной технике (согласующий трансформатор).