Литература Изучение параметров длинных линий передачи сигналов Лабораторная работа № 2

№ пп	Содержание раздела	№ стр
1.	Введение	9
2.	Основные параметры СВЧ трактов
3.	Телеграфные уравнения
4.	Задание
	Экспериментальное устройство
	Литература

Тема работы: изучение параметров длинных линий передачи сигналов

Приборы и оборудование:

Параметры приборов, используемых в данной работе, представлены в таблице 1.

Таблица 1

Параметры приборов, входящих в установку для определения свойств длинных линий

№ пп	Наименование прибора	Краткая характеристика
1	Генератор высокой частоты Г4 -44	Синусоидальное модулированное напряжение, с изменяемой глубиной модуляции от нуля до единицы. Выходное напряжение 0-1,0 В, частота 10 МГц – 400 МГц.
	Вольтметр В3-43	Пределы измеряемого высокочастотного напряжения (0.01 3) В, в диапазоне на частотах 10 кГц – 1000 МГц

Таблица 2

3	Генератор импульсов Г5-60	Длительность импульсов , напряжение , частота следования импульсов .
4	Осциллограф С1-102	Предельная частота развёртки – 500 МГц, пределы измерения напряжения - 1 мВ – 10 В.

Цель работы: определение свойств простейших линий передачи сигналов СВЧ диапазона – длинных линий (ДЛ).

Задачи работы: изучить характеристики генераторов, измерительных приборов и свойства длинных линий дециметрового диапазона; выполнить измерение распределения напряжения вдоль длинной лини, питаемой от СВЧ генератора; выполнить расчет КСВН и длины волны, генерируемой генератором СВЧ в данный момент времен.

Содержание работы:

• изучить теоретические положения лабораторной работы;

• выполнить задания и сделать выводы;

• оформить отчет.

Форма отчетности студентов: индивидуальный отчет в лабораторном журнале.

Содержание отчета: цель лабораторной работы, упрощенное сечение используемой в работе длинной линии, математические соотношения для расчета волнового сопротивления, функциональная схема для определения длины волны в линии и коэффициента стоячей волны напряжения, таблица значений КСВН в зависимости от величины нагрузки в конце и в начале длинной линии, выводы по работе.

Длительность работы: 2 академических часа.

Защита работы: собеседование с преподавателем по контрольным вопросам, выполнение индивидуальных заданий.

2. Основные параметры свч трактов

Основные параметры, характеризующие линию передачи (тракт), связаны с геометрическими размерами линии передачи и наличием в ней отражений и потерь.

Режим бегущей волны в линии передачи

Если в линии реализуется чисто бегущая волна, то отношение амплитуды напряжения бегущей волны к амплитуде тока , или отношение их действующих значений называется волновым сопротивлением и зависит от конструкции линии.

Чем больше емкость линии, тем больше ток, возникающий в ней под действием данного напряжения, подобно тому, как растет зарядный ток конденсатора при увеличении его емкости. При росте индуктивности ток уменьшается вследствие явления самоиндукции. Эти две тенденции находят отражение в величине волнового сопротивления определяемого по формуле:

,

где и – погонные индуктивность и емкость. Так как напряжение и ток в бегущей волне совпадают по фазе, то волновое сопротивление следует считать активным. Мощность бегущей волны является активной и определяется формулой

.

Для получения режима бегущей волны нужно в тракте не должно быть нарушений однородности линии, а в конце линии необходимо включить нагрузку с активным сопротивлением, равным волновому сопротивлению . Тогда вся мощность бегущей волны будет поглощаться в нагрузке, т.е. электромагнитная энергия безвозвратно уходит от генератора. В этом случае говорят, что линия согласована с нагрузкой. Важной характеристикой является входное сопротивление линии Zвх, т.е. сопротивление линии для питающего генератора. Оно равно отношению напряжения к току в начале линии (рис. 1).

Рис. 1 Схема для полностью согласованного СВЧ тракта

При несогласованной нагрузке появляется отраженная волна и имеет место сложение бегущей и отраженной волн. При этом напряженность электрического поля в падающей волне (при условии, что волна является плоской) выражается формулой:

При сохранении поляризации напряженность электрического поля в отраженной волне зависит от координаты и времени:

В стоячей волне, полученной после сложения этих двух волн:

.

При этом волну распространяющуюся вдоль линии можно охарактеризовать как плоскую волну с модулированной амплитудой , зависящей от координаты вдоль тракта:

.

Если ввести обозначение - называемом модулем коэффициента отражения, то волну установившуюся в линии можно описать выражением:

Коэффициент отражения в общем случае комплексная величина и может быть в любой точке выражен как

Отношение напряженности электрического поля в максимуме стоячей волны к напряженности электрического поля в минимуме стоячей волны называют коэффициентом стоячей волны по напряжению:

.

Из формулы следует, что в линии со стоячей волной совершаются гармонические колебания напряженности электрического поля с частотой бегущей волны относительно неподвижно расположенных вдоль линии точек, в которых достигается максимальная (пучность) и минимальная (узел) амплитуда напряженности (напряжения).

Величина Г изменяется вдоль линии, как по амплитуде, так и по фазе в случае, если линия передачи неоднородна.

Для описания реакции линии передачи на возбуждение от генератора вводят понятие о полном сопротивлении Z. Оно определяется отношением векторов электрического и магнитного полей в любой точке линии передачи:

.

Здесь учтена смена знака в знаменателе выражения в связи с тем, что направление электрического поля не изменяется при отражении, а направление напряженности магнитного поля меняется на противоположное.

В это выражение вводят обозначение - , которое называют волновым сопротивлением линии. При коэффициенте отражения равном нулю полное сопротивление линии передачи, нагруженной на оконечную нагрузку, равно волновому сопротивлению