7.4. Содержание отчета
Цель работы.
Функциональные схемы лабораторной установки для исследования распределения напряжения в ДЛ.
Результаты экспериментального исследования (таблицы и графики).
Результаты обработки экспериментальных данных.
Выводы.
7.5. Контрольные вопросы
Что понимают под цепью с распределенными параметрами?
Что понимают под длинной линией? Приведите примеры длинных линий и области их применения.
Перечислите первичные параметры длинной линии и поясните их физический смысл.
От чего зависят значения первичных параметров?
Что понимают под комплексным коэффициентом распространения волны в длинной линии? Поясните физический смысл коэффициента затухания и коэффициента фазы.
Что понимают под длинной линией без затухания и длинной линией с малыми потерями?
Что называют волновым сопротивлением длинной линии? Чему равно волновое сопротивление в длинной линии без потерь?
В чем суть волнового подхода при анализе гармонического режима работы длинной линии?
Что называют коэффициентом отражения произвольного сечения длинной линии?
Как определить коэффициенты отражения волны от сечений генератора и нагрузки?
Что понимают под длиной волны и фазовой скоростью волны в линии?
Как связан коэффициент фазы с длиной волны и фазовой скоростью волны в линии?
Что понимают под входным сопротивлением сечения длинной линии?
Что понимают под КПД длинной линии? От чего зависит КПД?
Перечислите возможные режимы работы длинной линии и условия их реализации.
Охарактеризуйте амплитудные распределения напряжения и тока в линии в режиме бегущей волны. Чему равны входное сопротивление и КПД длинной линии в данном режиме работы?
Охарактеризуйте амплитудные распределения напряжения и тока в линии в режиме стоячей волны при коротком замыкании на конце линии. Каков характер изменения входного сопротивления сечения длинной линии?
Охарактеризуйте амплитудные распределения напряжения и тока в линии в режиме стоячей волны при холостом ходе на конце линии. Каков характер изменения входного сопротивления сечения длинной линии?
Охарактеризуйте амплитудные распределения напряжения и тока в линии в режиме стоячей волны при индуктивной нагрузке на конце линии. Каков характер изменения входного сопротивления сечения длинной линии?
Охарактеризуйте амплитудные распределения напряжения и тока в линии в режиме стоячей волны при емкостной нагрузке на конце линии. Каков характер изменения входного сопротивления сечения длинной линии?
Охарактеризуйте амплитудные распределения напряжения и тока в линии в режиме смешанных волн при активной нагрузке на конце линии. Каков характер изменения входного сопротивления сечения длинной линии?
Охарактеризуйте амплитудные распределения напряжения и тока в линии в режиме смешанных волн при активно-индуктивной нагрузке на конце линии. Каков характер изменения входного сопротивления сечения длинной линии?
Охарактеризуйте амплитудные распределения напряжения и тока в линии в режиме смешанных волн при активно-емкостной нагрузке на конце линии. Каков характер изменения входного сопротивления сечения длинной линии?
Дайте определение КСВ (КБВ)?
1 Звуковые волны (16 Гц – 20 кГц) частично перекрывают диапазон ELF (чрезвычайно низкие частоты, 3 Гц – 30 Гц, длины волн от 100000 км до 10000 км - декамегаметровые волны), полностью захватывают диапазоны SLF (сверхнизкие частоты, 30 Гц – 300 Гц, длины волн от 10000 км до 1000 км - мегаметровые волны), ULF (крайне низкие частоты, 300 Гц – 3000 Гц, длины волн от 1000 км до 100 км - гектокилометровые волны) и частично захватывают диапазон VLF (очень низкие частоты, 3 кГц – 30 кГц, длины волн от 100 км до 10 км - декакилометровые волны).
2 Ультразвуковые волны (20 кГц – 100 кГц) частично перекрывают диапазоны VLF (очень низкие частоты, 3 кГц – 30 кГц, длины волн от 100 км до 10 км - декакилометровые волны), LF (низкие частоты, 30 кГц – 300 кГц, длины волн от 10 км до 1 км - длинные волны/километровые волны).
3 Гиперзвуковые волны (свыше 100 кГц) частично перекрывают диапазон LF (низкие частоты, 30 кГц – 300 кГц, длины волн от 10 км до 1 км - длинные волны/километровые волны) и полностью захватывают диапазоны MF (средние частоты, 300 кГц – 3000 кГц, длины волн от 1 км до 100 м - средние волны/гектометровые волны), HF (высокие частоты, 3 МГц – 30 МГц, длины волн от 100 м до 10 м - короткие волны/декаметровые волны).
4 Радиодиапазон (30 кГц – 300 МГц) включает в себя волны диапазонов LF (низкие частоты, 30 кГц – 300 кГц, длины волн от 10 км до 1 км - длинные волны/километровые волны), MF (средние частоты, 300 кГц – 3000 кГц, длины волн от 1 км до 100 м - средние волны/гектометровые волны), HF (высокие частоты, 3 МГц – 30 МГц, длины волн от 100 м до 10 м - короткие волны/декаметровые волны), VHF (очень высокие частоты, 30 МГц – 300 МГц, длины волн от 10 м до 1 м - ультракороткие волны/метровые волны).
5 Сверхвысокочастотный диапазон (свыше 300 МГц) включает в себя волны диапазонов UHF (крайне высокие частоты, 300 МГц – 3000 МГц, длины волн от 1 м до 10 см - дециметровые волны), SHF (сверхвысокие частоты, 3 ГГц – 30 ГГц, длины волн от 10 см до 1 см - сантиметровые волны), EHF, чрезвычайно высокие частоты, 30 ГГц – 300 ГГц, длины волн от 1 см до 1 мм - миллиметровые волны).
1 Понятия «много больше», «много меньше» и «сравнимо» являются, вообще говоря, субъективными. В дальнейшем будем полагать, что одно число много больше другого, если превышает его хотя бы в 10 раз; два числа будем называть сравнимыми, если их отношение составляет от 0,1 до 10.
1
Для двухпроводной симметричной
воздушной длинной линии (рис. 2 а),
токоведущие провода которой выполнены
из меди:
,
где
- радиус токоведущего провода;
,
где
- расстояние между центрами токоведущих
проводов;
;
.
Для коаксиальной
длинной линии (рис. 2 б), токоведущие
провода которой выполнены из меди:
,
где
и
- радиусы внутреннего и внешнего
токоведущих проводов, соответственно;
,
где
- тангенс угла диэлектрических потерь
(обычно лежит в пределах
);
;
,
где
- относительная диэлектрическая
проницаемость изоляции.
1 Погонная проводимость зависит от множества факторов, в том числе от метеорологических условий и состояния изоляторов, и, как правило, определяется экспериментальным путем. Во многих практически важных случаях при расчетах ею можно пренебречь.
1
Если длинная линия является линией без
потерь (
и
),
то комплексный коэффициент распространения
волны в линии
.
А, следовательно, затухание в линии
отсутствует (
)
и коэффициент фазы прямо пропорционален
частоте (
).
В случае, когда потери в линии малы,
выражения для коэффициентов затухания
и фазы принимают вид:
и
.
Эти выражения справедливы, если
выполняются неравенства:
,
.
Первое неравенство справедливо для
высоких частот, так как
.
Второе допущение обусловлено небольшой
физической протяженностью линии, а
значит возможностью выполнить достаточно
качественную изоляцию между токоведущими
проводами.
2 На высоких частотах волновое сопротивление типовых длинных линий может быть рассчитано при известных геометрических размерах. Так для симметричной воздушной (рис. 2, а) и коаксиальной (рис. 2, б) длинных линий волновое сопротивление определяется как:
,
.
1 В теории электромагнитного поля доказывается, что фазовая скорость в длинной линии определяется относительными электрической и магнитной проницаемостями среды, окружающей токоведущие провода, и не превышает скорости света в вакууме:
,
где
- относительная магнитная проницаемость
среды, в которой распространяется
волна, а
- скорость света в вакууме.
1 Длинная линия, для которой выполняется данное соотношение, характеризуется вещественным волновым сопротивлением:
.
1
Из выражения (15б) видно, что комплексная
амплитуда падающей волны в сечении
генератора складывается из двух
составляющих: комплексной амплитуды
части волны, создаваемой генератором
и прошедшей в линию (
)
и комплексной амплитуды волны,
распространявшейся от нагрузки к
генератору и отразившейся от сечения
генератора (
).
Вклад именно этой последней составляющей
в комплексную амплитуду падающей волны
и описывает комплексный коэффициент
отражения генератора
.