Цель работы: определить параметры коаксиальной линии
-
Определить первичные параметры линии
-
Определить вторичные параметры линии
-
Измерить коэффициент стоячей волны
Схема лабораторной установки
Краткие теоретические положения
Линия называется однородной, если значения первичных параметров не изменятся по длине линии. У однородной линии расстояние между проводами, диаметр проводов и свойства диэлектрика неизменны по всей длине проводника.
Линия называется длинной, если её длина соизмерима с длиной волны генератора или превышает её.
Каждая линия передачи электромагнитной энергии характеризуется первичными и вторичными параметрами.
К первичным параметрам относят погонные индуктивность, емкость, активное сопротивлении и проводимость.
К вторичным – волновое сопротивление, скорость распространения электромагнитной энергии и коэффициент затухания.
Погонной индуктивностью называют индуктивность единицы длины линии. Она определяется магнитным потоком, приходящимся на единицу длины линии, когда по ней проходит постоянный ток величиной в 1.
Погонной емкостью линии называется емкость единицы длины линии. Она тем больше, чем толще провода и чем меньше расстояние между ними. Погонная емкость зависит от диэлектрической постоянной среды, разделяющей провода линии.
Погонным активным сопротивлением называется активное сопротивление единицы длины линии. Оно зависит от материала проводов и от частоты тока, протекающего в линии: с увеличением частоты погонное сопротивление возрастает.
Погонной проводимостью (утечкой) называется активная проводимость единицы длины линии. Она зависит от электрических свойств диэлектрика, заполняющего пространство между проводами, и от частоты; с увеличением частоты погонная проводимость увеличивается.
По первичным параметрам можно определить полные индуктивность, емкость, активное сопротивление и утечку линии. Для этого нужно перемножить первичные параметры на длину линии, чтобы получить соответствующее значение полной величины.
Коаксиальная линия состоит из внешнего и внутреннего проводов, расположенных коаксиально. Внешний провод представляет собой медную оплетку или медную трубку жесткой конструкции. Провода изолированы один от другого колпачками из высокочастотного диэлектрика или сплошным эластичным диэлектриком.
Потери в линиях состоят из потерь энергии на активном сопротивлении проводов линии, потерь в диэлектрике, заполняющем пространство между проводниками, и потерь на излучение. Эти потери увеличиваются с увеличением частоты.
Эквивалентной схемой линии называют линию, каждый короткий участок которой можно представить очень малыми элементарными значениями индуктивности, емкости, активного сопротивления и активной проводимости (утечки).
Излучение (или прием из пространства) энергии называется антенным эффектом. Антенный эффект приводит к искажению характеристик направленности антенн. Он отсутствует, если линия экранирована.
Волновым сопротивление линии называется отношение напряжения к току бегущей волны. Для любых двух точек бесконечно длинной линии это отношение постоянно.
Натуральный логарифм отношения амплитуд бегущей волны в начале и конце линии называется коэффициентом затухания. Коэффициент затухания зависит от частоты: с увеличение частоты погонное активное сопротивление и коэффициент затухания увеличиваются.
Вывод:
В данной работе мы сначала измеряли внутренний и внешний радиусы коаксиального кабеля и убедились, что действительно соблюдается условие, при котором внутренний радиус в 5,875 раз меньше внешнего, так как при этом диэлектрическая прочность кабеля максимальна.
После этого определили первичные параметры коаксиальной линии и получили следующие значения:
С=72,08 Ф/м
L=0,354 Гн/м
R=0,584 Ом/м
Также мы нашли волновое сопротивление линии, его значение 70,366 Ом.
Коэффициент затухания кабеля β нашли равным 0,00417.
Коэффициент распространения электромагнитной энергии равен 1,978∙108 м/с
Значения найденного экспериментально двумя способами коэффициента стоячей волны оказались очень близки и равны приблизительно 1,25.