5. Линия с распределенными параметрами в различных режимах

Расчет токов и напряжений в линии с распределенными параметрами при произволь­ной нагрузке на основе совместного решения получен­ных ранее комплексных уравнений. Уравнения режима линии дополняются уравнениями закона Ома для начала и конца линии:

где Z₁  входное сопротивление линии при заданной нагрузке:

Выбор алгоритма расчета определяется конкретными условиями задачи. Рассмотрим характерные режимы линии, представляющие теоретический инте­рес.

1.Режим холостого хода .

В режиме холостого хода ;, следовательно урав­нения линии получат укороченный вид:

Входное сопротивление линии в режиме холостого хода:

.

2.Режим короткого замыкания .

В режиме короткого замыкания ,, следовательно уравнения линии получат указанный вид:

Входное сопротивление линии в режиме короткого замыкания:

.

Совместно выполненные опыты холостого хода и короткого замыкания позволяют экспериментально определить сначала вторичные параметры линии (и), а затем и пер­вичные (R₀, L₀, G₀, C₀).

Входные сопротивления линии иэкспериментально измеряются по схеме трех приборов (амперметра, вольтметра и фазометра), как.

Вторичные параметры линии (Z_C и ) находятся из совместного решения уравнений для и:

;

Первичные параметры линии (R₀, L₀, G₀, C₀) определяются из совместного решения уравнений для и:

,

Решая совместно эти уравнения, получим:

, .

3.Режим согласованной нагрузки .

В режиме согласованной нагрузки входное сопротивление линии равно:

.

Исследуем волновые процессы в линии:

В режиме согласованной нагрузки в линии отсутствуют отраженные волны напряже­ния и тока. Вся энергия, доставляемая падающей волной в конец линии полностью потребля­ется нагрузкой, при этом передаваемая приемнику активная мощность имеет максимальное значение:

.

Мощность источника энергии: .

Коэффициент полезного действия: .

Если сопротивление нагрузки несогласованно с волновым сопротивле­нием линии , то часть энергии, доставляемой падающей волной, отра­жается и возвращается ге­нератору в виде отраженных волн напряжения и тока.

В линиях связи отраженные волны ухудшают качество основного сигнала (снижается разборчивость речи, четкость изображения и др.). Все линии связи работают в режиме, близ­ком к согласованному. При различии сопротивлений нагрузки и линиипринима­ются специальные технические меры для их согласования.

В линиях электропередачи согласование режима не требуется, так как в них основным критерием является передача энергии с наименьшими потерями.

6. Линия с распределенными параметрами без искажений

Сигналы, передаваемые по линиям связи, являются несинусоидальными функциями времени и состоят из суммы гармоник различных частот. Если в ли­нии созданы неодинако­вые условия для различных гармоник, то в конце линии гармонический состав сигнала будет отличаться от гармонического состава этого же сигнала в начале линии, т.е. сигнал будет ис­кажен. Для линий связи очень важным условием является создание такого режима работы, при котором отсутствовало бы искажение сигнала.

Различают два вида искажений сигнала амплитудные и фазовые. Ампли­тудные иска­жения имеют место в том случае, когда коэффициент затухания α зависит от частоты, при этом амплитуды отдельных гармоник затухают с не­одинаковой скоростью, что приводит к искажению формы сигнала. Фазовые ис­кажения возникают в том случае, когда фазовая ско­рость υ зависит от частоты, при этом происходит сдвиг отдельных гармоник по фазе, что приводит к иска­жению формы сигнала. Итак, искажение сигнала будет отсутствовать при по­стоянстве двух параметров: α = const, υ = const.

Вторичные параметры линии изависят от частоты, что в общем слу­чае создает в линии неодинаковые условия для прохождения волн напряжения и тока различных частот и такая линия является искажающей.

Отсутствие искажений в линии наблюдается только при определенном соотношении между ее первичными параметрами.

или

При соблюдении этого условия получим:

 волновое сопротивление линии является чисто активным и не зависит от час­тоты;

где  коэффициент затухания не зависит от частоты,  ко­эффициент фазы,  фазовая скорость не зависит от час­тоты.

В реальных кабельных линиях связи соотношение между первичными па­раметрами , так как вследствие совершенства изоляции активная про­водимостьG₀ очень мала. Режим без искажений может быть получен искусст­венно путем включения в рассечку линии через определенные интервалы до­полнительных катушек индуктивности L_д из условия . Однако с увеличением эквивалентной индуктивностиснижается фазовая скоростьυ, в результате чего увеличивается общее время прохождения сигнала Т, которое по техническим нормам не должно превышать определенную вели­чину.

Реальные линии связи в своем большинстве являются искажающими, а искажения сигналов на приемных концах линии устраняются с помощью специ­альных корректирующих устройств.