Активно-реактивная нагрузка на конце длинной линии

Если нагрузка носит активно-реактивный характер (является комплексной), то, как и в случае чисто реактивной нагрузки, на конце длинной линии не наблюдается ни максимума, ни минимума тока или напряжения, ближайшими к концу линии являются максимум напряжения (минимум тока) если характер нагрузки активно-индуктивный ( , рис. 11) и минимум напряжения (максимум тока) если характер нагрузки активно-емкостной ( , рис 12). Положения максимумов и минимумов остается тем же, что и для режима реактивной нагрузки.

Амплитудные распределения тока и напряжения вдоль длинной линии при такой нагрузке описываются выражениями общего вида (32а, б).

Картина изменения входного сопротивления сечения длинной линии при смещении вдоль нее имеет тот же вид, что и при активной нагрузке, изменяются лишь наибольшее и наименьшее значения активной и реактивной составляющих этого сопротивления.

Рис. 11 - Картина амплитудных распределений тока и напряжения в длинной линии без потерь при активно-индуктивной нагрузке на конце линии ( )

Рис. 12 - Картина амплитудных распределений тока и напряжения в длинной линии без потерь при активно-емкостной нагрузке на конце линии ( )

Для количественной оценки степени согласования линии с нагрузкой используется так называемый коэффициент стоячей волны , под которым понимается отношение максимального и минимального значений напряжения (тока) в линии. Он может меняться в пределах от 1 до . Значение соответствует режиму бегущей волны, - режиму стоячих волн, а все промежуточные значения - режиму смешанных волн. Вместо коэффициента стоячей волны может быть использован также коэффициент бегущей волны . Согласно выражениям (44а, б) связан с соотношением:

. (48)

7.2. Описание лабораторной установки

Лабораторная установка состоит из лабораторного модуля (рис. 13) и генераторно-измерительного модуля (рис. 14).

Рис. 13 - Лабораторный модуль

Рис. 14 - Генераторно-измерительный модуль

Соединение элементов в схеме осуществляется с помощью соединительных проводов, а также с использованием коммутационных полей.

В качестве генератора гармонического сигнала используйте выход 2 встроенного генератора генераторно-измерительного модуля с уровнем 0 дБ (внутреннее сопротивление 600 Ом), а в качестве контрольно-измерительной аппаратуры – вольтметры переменного напряжения (выходное сопротивление 1 МОм при выходной емкости не более 20 пФ) того же модуля.

7.3. Лабораторное задание

1. Подготовить лабораторную установку согласно рис. 15 (короткое замыкание на конце длинной линии).

Рис. 15 - Принципиальная схема проведения измерений для определения частоты

Чтобы погрешность измерения напряжения была наименьшей, следует вольтметры PV1 и PV2 подключить «минусом» к общей точке «». Установите предел измерения вольтметра PV1 равным 20 В, вольтметра PV2 – равным 2 В (в процессе проведения измерений может быть изменен на другой). Тумблеры переключения режимов работы вольтметров установите в положение измерения переменного напряжения ( ). Регулятор выходного напряжения генератора НЧ поверните против часовой стрелки до упора. Установите выходное напряжение генератора НЧ 5 В.

2. Установите частоту генератора равной , при которой четверть длины волны совпадает с эквивалентной длиной линии (ДЛ). Для этого необходимо плавно увеличивать частоту генератора от 1 кГц. При увеличении частоты генератора уменьшается длина волны . Когда длина волны уменьшится до значения , где – эквивалентная длина линии, входное сопротивление линии уменьшится приблизительно до нуля. Вследствие этого показания вольтметра PV2 уменьшатся до некоторого минимального значения. Запишите значение частоты .

3. Уменьшите частоту генератора в четыре раза. Изменяя частоту генератора в небольших пределах, найдите частоту, при которой входное сопротивление линии уменьшится до некоторого минимального значения. Вследствие этого показания вольтметра PV2 также уменьшатся до некоторого минимума. Запишите значение частоты , при которой . Все последующие измерения в данной лабораторной работе будут производиться на найденной частоте.

4. Измерьте при найденной частоте распределение напряжения вдоль линии при коротком замыкании на конце. Схема проведения измерений приведена на рис. 16.

Рис. 16 - Схема измерения распределения напряжения вдоль длинной линии при коротком замыкании на конце

Присоединяя вход вольтметра PV3 последовательно ко всем отводам ДЛ, измерьте распределение напряжения вдоль линии при найденной частоте. Результаты измерения занесите в таблицу №1. По результатам измерений постройте график распределения напряжения в ДЛ (рис. 17).

Таблица 1 - Результаты измерения распределения напряжения вдоль ДЛ при коротком замыкании на конце линии

№	0	1	2	3	4	5	6	7	8
	0	0,0625	0,1250	0,1875	0,2500	0,3125	0,3750	0,4375	0,5000
№	9	10	11	12	13	14	15	16
	0,5625	0,6250	0,6875	0,7500	0,8125	0,8750	0,9375	1

Регулятор выходного напряжения генератора НЧ поверните против часовой стрелки до упора. В дальнейшем все переключения в схеме измерения следует проводить при нулевом выходном напряжении генератора.

Рис. 17 – Координатная сетка для построения амплитудного распределения напряжения в ДЛ

5. Измерьте распределение напряжения вдоль линии при холостом ходе на конце, отсоединив перемычку, соединяющую 16 отвод с корпусом установки. Результаты измерения занесите в таблицу 2, аналогичную таблице 1. По результатам измерений постройте график распределения напряжения в ДЛ.

6. Измерьте распределение напряжения вдоль линии при индуктивной нагрузке на конце. В качестве нагрузки выберите индуктивность в несколько мГн, например . Результаты измерения занесите в таблицу 3, аналогичную таблице 1. По результатам измерений постройте график распределения напряжения в ДЛ.

7. Измерьте координату ближайшей к концу линии пучности напряжения . Тогда величина волнового сопротивления ДЛ может быть рассчитана следующим образом:

.

8. Измерьте распределение напряжения вдоль линии при емкостной нагрузке на конце. В качестве нагрузки выберите емкость в несколько нФ, например . Результаты измерения занесите в таблицу 4, аналогичную таблице 1. По результатам измерений постройте график распределения напряжения в ДЛ.

9. Измерьте координату ближайшего к концу линии узла напряжения . Тогда величина волнового сопротивления ДЛ может быть рассчитана следующим образом:

.

10. Сравнив полученные значения для волнового сопротивления выберите наиболее близкое значение к каждому из полученных.

11. Измерьте распределение напряжения вдоль линии при активной нагрузке на конце . Результаты измерения занесите в таблицу 5, аналогичную таблице 1. По результатам измерений постройте график распределения напряжения в ДЛ.

12. По ближайшим к концу длинной линии максимальному и минимальному значениям напряжения измерьте КСВ и рассчитайте величину волнового сопротивления ДЛ:

13. Измерьте распределение напряжения вдоль линии при активной нагрузке на конце . Результаты измерения занесите в таблицу 6, аналогичную таблице 1. По результатам измерений постройте график распределения напряжения в ДЛ.

14. По ближайшим к концу длинной линии максимальному и минимальному значениям напряжения измерьте КСВ и рассчитайте величину волнового сопротивления ДЛ:

15. Сравнив полученные значения для волнового сопротивления выберите наиболее близкое значение к каждому из полученных.

16. Измерьте распределение напряжения вдоль линии при активной нагрузке на конце . Результаты измерения занесите в таблицу 7, аналогичную таблице 1. По результатам измерений постройте график распределения напряжения в ДЛ.

17. Сделайте выводы о возможных режимах работы ДЛ и способах их реализации.