8.3. Согласование линии с нагрузкой при помощи шлейфа.

Более совершенным с практической точки зрения оказывается метод согласования, предложенный В.В. Татариновым. Сущность этого метода состоит в следующем. Пусть линия с волновой проводимостью подключена к нагрузке, имеющей проводимость

.

Выше было показано, что входное сопротивление и, соответственно, входная проводимость линии являются функциями её длины:

.

Допустим, на некотором расстоянии от конца линии (в сечении 1-1) резистивная составляющая входной проводимости равна волновой проводимости линии:

, (8.1)

ареактивная составляющая принимает какое-то значение. Если теперь между точками 1-1, как показано на рисунке 11, в цепь включить элемент с реактивной проводимостью

, (8.2)

то эквивалентная входная проводимость в сечении 1-1 будет равна:

.

Следовательно, в основной части линии, слева от сечения 1-1, будет существовать только падающая волна.

Из (7.3) следует, что реальная составляющая входной проводимости линии длиной с нагрузкой R_н

.

Для выполнения условия (8.1) необходимо выбрать место подключения шлейфа, определяемое из условия:

.(8.3)

В качестве элемента с реактивной проводимостью удобно использовать так называемый параллельный реактивный шлейф – отрезок линии, короткозамкнутый на конце. Волновое сопротивление короткозамкнутого шлейфа обычно выбирают равнымZ_0ш = Z_0Л, а его длина определяется из условия (8.2). Так как входная проводимость короткозамкнутого отрезка линии без учёта потерь определяется на основании (7.14):

,

а из (7.3) следует, что мнимая составляющая входной проводимости линии длиной с нагрузкой R_н

,

то для выполнения условия (8.2) необходимо, чтобы

. (8.4)

Таким образом, для выполнения условий (8.1) и (8.2) необходимо выбрать место подключения шлейфа (8.3) и его длину (8.4).

8.4. Применение линий для измерений.

Линия без потерь в четверть волны, замкнутая в конце подогревателем термопары, то есть практически накоротко, применяется как вольтметр для измерения распределения напряжения в двухпроводной линии, питаемой генератором электромагнитного колебания с длиной волны λ (на рисунке 12 точки подключения обозначены 1-1). Как видно из рисунка 6, входное сопротивление короткозамкнутой линии без потерь длиной бесконечно велико. Поэтому её подключение не влияет на распределение напряжения вдоль исследуемой линии.

Термопара присоединяется к милливольтметру, измеряющему её э. д. с. В соответствии со значением э. д. с. термопары определяется ток нагрева её спаяI_к.з.. Согласно (7.14), при , получим:

.

Такое измерительное устройство называется «линейный вольтметр». Действующее значение напряжения в точках подключения линейного вольтметра определяется .

Перемещая место присоединения линейного вольтметра вдоль исследуемой линии, можно измерить распределение напряжения.

8.5. Линия как элемент резонансной цепи.

Обычный колебательный контур с сосредоточенными параметрами при работе в диапазоне УКВ должен иметь малые параметры индуктивности и ёмкости, чтобы значение резонансной частоты было бы велико: . На практике реальные значения параметров элементов складываются из номинальных и паразитных (например, С_{монтажа}). В диапазоне УКВ номинальный параметр ёмкости может иметь величину, сопоставимую с паразитной ёмкостью монтажа. Кроме того, малое значение параметра индуктивности приводит к уменьшению добротности: , где. Колебательные цепи ламповых генераторов, работающих на частотах до 30…100 МГц, выполняются на сосредоточенных LC-элементах, а на более высоких частотах применяются объёмные резонаторы на базе коаксиальных линий. В транзисторных генераторах, работающих на частотах до 1…2 ГГц (в отдельных случаях – до 10…18 ГГц), колебательные цепи реализуют на сосредоточенных LC-элементах; начиная с частот 100…300 МГц, их выполняют частично или полностью на распределённых элементах, главным образом на отрезках несимметричных полосковых линий.

Четвертьволновая линия с малыми потерями, замкнутая на конце, обладает свойствами резонансной цепи, состоящей из параллельно соединённых элементов L, C. При частоте, при которой на линии укладывается четверть волны (такая частота называется резонансной), входное сопротивление линии будет максимальным.

При малом отклонении частоты от резонансной модуль входного сопротивления линии резко убывает; входное сопротивление приобретает емкостной характер при увеличении частоты и индуктивный характер – при уменьшении (рисунок 6).

Частотная зависимость может быть выражена следующей формулой

.

Добротность линии определяется как . При малых значениях коэффициента ослаблениядобротность получается высокой, достигая примерно 1000…4000, что намного превышает значение добротности контуров на элементах с сосредоточенными параметрами. В связи с этим возрастает и избирательность резонансной цепи с распределёнными параметрами.