|
| |
|
Слаботочка Книги крытые ливии. В диапазоне УКВ иногда применяют экранированные двухпроводные линии с волновым сопротивлением 2в = 200 ом. Коаксиальная линия в качестве токонесущих элементов содержит два цилиндрических провода с общей осью, вставленных один в другой (см. рис. 11.3, в). Погонные индуктивность и емкость Cj коаксиальной линии определяются по следующим формулам: г Р-а , D in л (243) где D - внутренний диаметр внешнего провода; d - внешний диаметр внутреннего провода. Отсюда волновое сопротивление 1 т / 4.10-47:.9-10 о I D = 2/ -1-2,\g-j- = 120 or>\r.D 138 ,[o 2,3 1g = lg.... (244) При воздушном заполнении линии е = 1 и 2B=l381g-. (245) Применяемые на практике коаксиальные линии имеют волновое сопротивление порядка 2в = 40-г 120 ом. Наиболее употребительны линии, в которых пространство между проводами сплошь заполнено диэлектриком с относительной проницаемостью е = 2,3 ~ -2,5. Наименьшие потери наблюдаются в коаксиальной линии с отношением диаметров D/d = 3,6, а наибольшая электрическая прочность - при D/d = 2,7. Если подставить приведенные значения D/d в формулу (244), то получим соответственно Zb = 76j8/]/8 и Zb = = 59,6/1/8. Это определило величины волнового сопротивления радиочастотных коаксиальных кабелей, выпускаемых нашей промышленностью: РК-1 (Z3 = 77 ом), РК-3 (Z3 = 75 ом), PK-6(Zb = 52 ом), PK-19(Z3= 52 ом). Волноводы и их параметры рассматриваются отдельно в гл. XIV. 72. Процесс распространения волн в линии Графическая иллюстрация. Физическая сущность образования волн в длинной линии наиболее полно раскрывается в ее переходном режиме. Начнем с распространения волн в линии без потерь, которая питается от источника постоянного напряжения и (рис. 11.5). Как только будет подключен источник (/ = 0), цепь первого элементарного участка окажется замкнутой, возникнет ток, который будет заряжать емкость участка С через индуктивности участка L72. Поскольку в линии нет потерь, на емкости С должно установиться  Рис. 11.5. Схема и графики, иллюстрирующие процесс установления напряжения и тока в линии без потерь, которая питается от источника постоянной э. д. с. напряжение источника и. Это произойдет не мгновенно (э. д. с. самоиндукции и емкости препятствуют заряду), а в течение определенного времени At. Как известно, входное сопротивление первого элементарного участка определяется не только собственными элементами, но и элементами всех других звеньев, которые подключены к первому звену линии. Если сопротивление нагрузки R2 = Zb, то входное сопротивление первого участка, как и всех остальных, чисто активное и равно волновому сопротивлению линии Zb (см. § 48). Следовательно, разделив напряжение и на Zb, получим величину тока /, охватывающего первый элементарный участок одновременно с напряжением. Через следующий промежуток времени At, т. е. к моменту / == = 2А/, емкость второго элементарного участка С заряжается от емкости С через индуктивности L72 до напряжения и, а первичный источник напряжения полностью восстановит на С потерянный заряд. В это время токи первого и второго участков проходят через емкость С в обратных направлениях, как показано на рис. 11.5, и поскольку каждый из токов равен /2в, то результирующий ток в С отсутствует; вне этой емкости ток течет от плюса к минусу источника через L72, L72, С , L72, L72, имея величину i = и/Zb. В следующий отрезок времени А/, т. е. к моменту / = ЗА/, емкость С также зарядится до напряжения и током i=u/Zs, который последовательно обтекает элементы L72, L72, L72, С L I2, L72, L72. Описанный процесс заряда элементарных емкостей через элементарные индуктивности создает волну тока и напряжения, распространяющуюся от источника к концу линии. Эта волна называется падающей бегущей. По мере ее распространения в линии устанавливаются постоянные ток и напряжение. Если сопротивление нагрузки не равно волновому сопротивлению линии, то нагрузка не может полностью поглотить энергию, сконцентрированную в падающей волне. Пусть, например, волновое сопротивление линии Zb = 100 ом, сопротивление нагрузки Яг - = 200 ом и напряжение источника и = 100 в. Тогда ток падающей волны равен / ад = /Zb = 100/100 = Га, но при напряжении 100 в такой ток через нагрузку пройти не может, так как и1Яг - 100/200= = 0,5 а; оставшиеся 0,5 а создают отраженную волну, мощность которой равна разности между мощностями, поступившей от генератора и поглощенной в нагрузке. Отраженная волна аналогична падающей: ее можно рассматривать как результат того, что емкости элементарных участков заряжаются через индуктивности участков, но в обратном направлении - от конца линии к ее началу. Таким образом, при произвольной нагрузке через любое сечение линии проходят две встречные бегущие волны - падающая и отраженная. Из сказанного ясно, что характер волн в линии прежде всего определяется отношением сопротивления нагрузки к волновому сопротивлению линии. Поэтому во многих случаях целесообразно выражать место расположения данного сечения линии расстоянием х от ее конца, имея в виду, что при длине линии / расстояние того же сечения от ее начала будет / - х. Теперь допустим, что линия питается генератором, напряжение которого через отрезки времени At = ii - to = tz - = 4 - tz, необходимые для прохождения волн напряжения и тока через один элементарный участок, изменяется скачком на величину Аи (рис. 11.6, а). При этом условии за время /j - to емкость элементарного участка / зарядится до напряжения Аи (рис. 11.6, б). В следующий отрезок времени tz - ti емкость элементарного участка 2 зарядится от емкости участка / до напряжения Аи, а на участке / генератор установит напряжение 2Аи. В интервале времени - tz на участке 3 под влиянием участка 2 возникает напряжение Аи. В то же время на участке 2 под влиянием участка / напряжение увеличивается до 2Аи, а на участке / генератор создает напряжение ЗАи. Аналогично в момент времени t = t напряжение Аи сообщается от участка В к участку 4, напряжение 2Аи - от участка 2 к участку 3, напряжение ЗАи передается от участка / на участок 2, а участку 1 генератор сообщает напряжение 4Ан. 268 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 [88] 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 |