10.3. Требования к технике безопасности

1. Перед включением в сеть приборов проверить целостность сетевых шнуров.

2. Заземлить приборы.

10.4. Задание на выполнение лр

1. Измерить коэффициент стоячей волны четырехполюсника панорамным методом.

2. Исследовать частотную зависимость k_c.

10.5. Порядок выполнения работы

1. Собрать схему рис. 10.3 с муфтой короткозамкнутой вместо объекта измерения.

2. Подготовить прибор к работе согласно пункту 10.1.1. описания к прибору (без измерения неравномерности линий калибровки).

3. Подсоединить к измерительному входу мостового рефлектометра исследуемый четырехполюсник.

4. Провести измерения КСВН по методике, изложенной в п. 10.2.1. описания к прибору, на частотах 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100, 1200 МГц.

5. Полученные результаты занести в табл. 10.1.

6. По табл. 10.1 построить график КСВН = КСВН(f).

Таблица 10.1.

КСВН для различных частот.

Частота, МГц	КСВН

10.6. Требования к содержанию и оформлению отчета

Отчет оформляется в соответствии и требованиями СТО ИрГТУ.005-2009 и СТО ИрГТУ 027-2009.

Отчет должен содержать:

1. Титульный лист.

2. Цель работы.

3. Схему установки.

4. Результаты измерений.

5. График зависимости КСВН=КСВН(f).

6. Выводы.

10.7. Контрольные вопросы и задания

1. Каковы возможные режимы распространения волны в линии передачи?

2. В результате чего возникают стоячие волны?

3. В каких случаях возникает режим стоячих, смешанных, бегущих волн?

4. Дайте понятие коэффициента отражения, коэффициента стоячей волны.

5. В чем заключается панорамный метод измерения коэффициента стоячей волны?

Лабораторная работа 11

Определение параметров длинных линий методом импульсной рефлектометрии

Цель работы: знакомство с измерениями параметров длинных линий методом импульсной рефлектометрии.

Приборы и оборудование: импульсный рефлектометр РИ-10М, образцы кабельных линий.

11.1. Основные понятия

К абель может быть представлен схемой замещения, приведенной на рис. 11.1. Каждый четырехполюсник на схеме содержит омическое сопротивление R, индуктивность L, емкость С и проводимость G. R представляет собой омическое сопротивление провода, L – индуктивность кабеля. G – проводимость материала изоляции между проводами. С – емкость между проводами или между проводами и экраном. Для электрической линии эти параметры заданы в величинах, отнесенных к единице длины кабеля, к 1 м или 1 км. Они называются погонными параметрами (обозначаются соответственно).

Импульсы, распространяющиеся по кабелю, искажаются. Чем дальше они распространяются по кабелю, тем больше увеличивается их ширина и уменьшается амплитуда. Увеличение ширины импульсов вызывается эффектом, связанным с непрерывностью амплитудно-частотной и фазовой характеристик кабеля (рис. 11.2).

Отношение комплексных амплитуд напряжения и тока в бегущей волне носит название волнового сопротивления линии передачи

. (11.1)

Через первичные параметры линии волновое сопротивление можно записать как

.

Если в кабеле нет потерь (R = 0, G = 0), то формула упрощается:

В общем случае волновое сопротивление – комплексная величина, зависящая не только от первичных параметров линии передачи, но и от частоты. Волновое сопротивление иногда называют характеристическим сопротивлением.

Для обратной волны

. (11.2)

Различие в знаках в формулах (11.1) и (11.2) обусловлено тем, что ток обратной волны направлен противоположно току прямой волны.

Скорость перемещения точки равной фазы называют фазовой скоростью распространения волны v

,

где k – волновое число,  – частота гармонических колебаний.

Для линии без потерь

, (11.3)

где К_у – коэффициент укорочения длины волны, ,  – относительные диэлектрическая и магнитная проницаемости заполняющего материала. , так как для диэлектриков μ = 1. Фазовая скорость такой линии не зависит от частоты колебаний и равна скорости света в среде.

Волновой процесс в системе, состоящей из отрезка регулярной линии передачи с волновым сопротивлением Z_в, подключенного к нагрузочному сопротивлению Z_н, представляется суммой двух бегущих волн, перемещающихся с одинаковой фазовой скоростью в противоположных направлениях (U_пад и U_отр).

Комплексные амплитуды напряжений:

(11.4)

Комплексные амплитуды токов связаны с комплексными амплитудами напряжений:

(11.5)

Волновой процесс в линии описывается выражениями:

(11.6)

В точке подключения нагрузки выполняются граничные условия:

. (11.7)

Из (11.4) – (11.7) получим:

.

Коэффициент отражения от нагрузки  определяется как отношение комплексных амплитуд напряжения отраженной и падающей волн в точке подключения нагрузки:

(11.8)

Коэффициент отражения от нагрузки целиком определяется свойствами двухполюсника нагрузки и волновым сопротивлением линии передачи:

,

или

. (11.9)

Режим согласования Z_н = Z_в. Отражение отсутствует  = 0. Отсутствие отраженной волны указывает на то,что поток энергии от генератора к нагрузке носит однонаправленный характер, процесс передачи энергии обладает наибольшей эффективностью.

Режим короткого замыкания Z_н = 0 ,  = -1. Амплитуда отраженной волны равна амплитуде падающей волны. Потоки энергии падающей и отраженной волн компенсируют друг друга. Результирующее напряжение на нагрузке должно быть равно нулю (это требование определяет отрицательный знак ).

Амплитуда тока в короткозамкнутой нагрузке

Режим холостого хода. Линия разомкнута на конце (Z_н = );  = +1. Амплитуды отраженной и падающей волн равны. Так как   0 , амплитуда напряжения, а не тока удваивается на нагрузке по соответствующим параметрам падающей волны. Ток в конце линии должен быть равен нулю.

Нагрузка в виде чисто реактивного двухполюсника. R_н = 0, X_н  0,  = 1. Но при этом ни комплексная амплитуда тока, ни комплексная амплитуда напряжения не превращаются в ноль.

В коаксиальных и волноводных линиях передачи имеются электрические неоднородности, т.е. отклонения значения волнового сопротивления: технологические (в местах соединения строительных отрезков) и возникающие в процессе эксплуатации (обрывы, короткие замыкания, нарушения изоляции и т. д.)