10. Режим стоячей волны

При подключении к концу линии коротко замыкающей перемычки (заглушки) напряжение на конце линии обращается в нуль: Посколькуесть сумма падающей и отраженной волн:напряженияидолжны быть равны друг другу по модулю и противоположны по фазе:Таким образом, коэффициент отражения на конце линии

т. е. В линии устанавливается режим стоячей волны с нулем напряжения на конце (рис. 2.4). Стоячей волной называют распределение напряжений, в которых минимумы доходят до нуля. Поскольку нули повторяются через, они, очевидно, совпадают с «условными концами линии». Распределение модуля напряжения и тока в линии находится по формулам:

(2.0)

Используя (2.41), легко найти координаты условных концов:

2.0)

Условные концы (2.42) можно определить по положениям каретки ИЛ, соответствующим нулевым показаниям прибора (см. рис. 2.4).

Отрезки линий с подвижным короткозамыкателем называются плунжерами (ПЛ) (рис. 2.5). Модуль коэффициента отражения не зависит от и равен единице. Фаза коэффициента отражения на входе плунжералинейно зависит от электрической длинымежду входом и короткозамыкателем и определяется очевидной формулой:

(2.0)

На рис. 2.6 изображен график изменения фазы отсогласно формуле (2.43); период пилообразной зависимости составляет.

11. Порядок выполнения работы

1. Установите на конце ИЛ короткозамыкатель и определите положение трех соседних условных концов линии в зависимости от частоты. Измерения достаточно провести на 3–4 частотах в пределах диапазона генератора. При изменении частоты не забывайте перестраивать резонатор ИЛ на максимум показаний. Результаты сведите в таблицу. Постройте соответствующий график.

2. Установите (по указанию преподавателя) одну из частот, на которых проводились измерения в п. 1. Выберите пару соседних условных концов, которые будут использоваться в дальнейшем при измерении коэффициента отражения различных нагрузок. Определите длину волны экспериментально.

3. Отсоедините нагрузку от конца ИЛ и экспериментально определите модуль и фазу коэффициента отражения на конце разомкнутой линии по методике из 1.4. Приведите эскиз типа рис. 1.6.

4. Подключите к концу ИЛ плунжер. При сочленении плунжера с ИЛ нужно обеспечить надежный контакт их внутренних проводников в месте стыка и затем закрепить внутренний проводник ПЛ стопорным винтом. Снимите зависимость фазы коэффициента отражения на входе ПЛ от положения его короткозамыкателя.

Установите отсчет по шкале ПЛ, равный нулю. Найдите минимум (узел) в ИЛ между выбранными ранее условными концами. Изобразите соответствующий эскиз (типа рис 1.6). По формуле (1.23) вычислите фазу , приведите ее к интервалу –180...180° путем выбора знака передπв формуле (1.22). Далее переместите короткозамыкатель плунжера на расстояние порядка (0,08…0,1)и найдите новое местоположение минимума в ИЛ. Он должен сместиться к концу ИЛ на расстояние, равное смещению короткозамыкателя. В случае не полного равенства волновых сопротивлений коаксиальных линий ИЛ и ПЛ или наличия небольшой паразитной (технологической) неоднородности в месте соединения коаксиальных линий ПЛ и ИЛ смещение минимума направления будет немного отличаться от соответствующего смещения короткозамыкателя плунжера. Найдите новое значение, при этом знак передπв формуле (1.23) возьмите прежним.

В дальнейшем, смещая короткозамыкатель шагами ~ (0,08…0,1), определитедля 12–15 положений короткозамыкателя ПЛ. Приводитьк интервалу –180...180° не нужно. Результаты измерений и расчетов сведите в таблицу. Постройте график зависимостиот отсчета по шкале ПЛ. На графике отметьте те отсчеты, при которых короткозамыкатель находится на расстоянии целого числа полуволн от его входа (фаза).

5. К концу ИЛ присоедините КЗ перемычку и установите зонд ИЛ в узле стоячей волны (т. е. в условный конец). Затем к концу ИЛ подключите плунжер и перемещайте короткозамыкатель до тех пор, пока не будут достигнуты нулевые показания прибора ИЛ. Это говорит о том, что на конце ИЛ сформировался узел напряжения, т.е. короткозамыкатель ПЛ находится на расстоянии от его входа. Запишите отсчет по шкале ПЛ.

6. Отключите плунжер от конца ИЛ и замените его КЗ перемычкой. Снимите распределение напряжения в ИЛ с помощью прибора для измерения напряжения.

Измерения начинаются от местоположения максимума напряжения, которое находится между двумя соседними условными концами: Установите каретку в положение, соответствующее отсчету. В этом положении максимума откалибруйте измерительный прибор. Для этого стрелку индикаторного прибора с помощью плавных регулировок поставьте на единицу.

Выберите шаг перемещения каретки вдоль ИЛ округлив его до целого числа миллиметров. Перемещая каретку шагамис помощью потенциометра измеряйте каждый раз отношениеЗдесь– показания измерительного прибора соответствующие напряжениям. Для откалиброванного прибораПолное перемещение каретки возьмите порядкаот одного максимума до другого. Определите КБВ.

Из формулы (2.32), положив в ней можно получить нормированное распределение напряжения в короткозамкнутой линии:

(2.0)

Рис. 2.7

На одном графике постройте экспериментальную и расчетную (по формуле (2.44)) зависимости, совместив их максимальные значения, равные единице. Пример расчета для КБВ = 0,1 представлен на рис. 2.7.