6.6. Сбалансированная дл

ДЛ называется сбалансированной, если ее первичные параметры удовлетворяют условию Хевисайда (1893 г.)

, .

Для выполнения этого условия наиболее приемлемый путь увеличение (т.к. уменьшение и невозможно, а увеличение - невыгодно, т.к. возрастают потери). Погонную индуктивность увеличивают включением через равные промежутки катушек индуктивности (это называется пупинизацией - Пупин, 1900) или обмоткой проводов ферромагнитной лентой (это называется крарупизацией, Краруп, 1902). При подстановке параметров получаем . Т.е. волновое сопротивление сбалансированной линии при новых потерях является вещественным и частотнонезависимым.

Коэффициент распространения

,

, .

Таким образом, коэффициент затухания также является независимым и имеет минимальную величину на всех частотах, включая высокие. Коэффициент затухания минимизируется за счет увеличения волнового сопротивления до величины , которое называется оптимальным.

Так как коэффициент фазы пропорционален частоте, то фазовая скорость постоянна и равна скорости в ДЛ без потерь.

Таким образом, сбалансированная линия при согласованной нагрузке является неискажающей.

6.7. Резонансные чп. Примеры использования дл

Рис. 6.16.

Реактивные двухполюсники — это отрезки ДЛ с произвольным нагрузочным сопротивлением. Часто в качестве волновых двухполюсников используют отрезки ДЛ в режиме стоячих волн (короткозамкнутые, которые называются реактивными шлейфами, и отрезки идеальной ДЛ). Их волновое сопротивление чисто реактивное. Чтобы иметь возможность изменять волновое сопротивление двухполюсника применяют отрезки ДЛ с подвижной короткозамкнутой перемычкой, тогда , где .

Рис. 6.17.

График сопротивления показан на рис. 6.17. При этот график можно рассматривать и как частотную характеристику. Из рис. видно, что при изменении можно получить как индуктивное, так и емкостное сопротивление. Так, при - индуктивное сопротивление , при — емкостное сопротивление .

При , шлейф теоретически имеет бесконечно большое сопротивление, а при — нулевое. Четвертьволновый отрезок шлейфа эквивалентен параллельному резонансному контуру с добротностью , резонансным сопротивлением , характеристическим сопротивлением и резонансной частотой , где , (см. рис. 6.18).

Рис. 6.18.

Полуволновой отрезок ДЛ эквивалентен последовательному резонансному контуру с сопротивлением потерь , характеристическим сопротивлением и резонансной частотой , где , (рис. 6.19).

Рис. 6.19.

Таким образом, отрезки ДЛ могут обладать резонансными свойствами. Такие системы называются волновыми резонаторами или просто резонаторами. Отметим, что короткозамкнутый отрезок ДЛ является многорезонансной системой. Этот же вывод справедлив и для разомкнутого отрезка.

Рис. 6.20.

Для отрезков ДЛ с потерями зависимость сопротивления от частоты приведена на рис. 6.20.

На метровых, дециметровых и более коротких волнах резонансные контуры из сосредоточенных элементов имеют низкую добротность, поэтому здесь применяют волновые двухполюсники, добротность которых доходит до десятков тысяч единиц.

Использование ДЛ в качестве металлических изоляторов

Рис. 6.21.

Заметим, что отрезки ДЛ при , используемые как ЧП, также обладают резонансными свойствами. Для этого в них должен быть волновой режим, т.е. или . Кроме того должен быть или . Если требования одноименные, то должно быть равно , если разноименные — то должно быть . Если же при этом выполняются одноименные условия, то отрезок ДЛ получается максимально расстроенным волновым ЧП.

Четвертьволновый отрезок ДЛ имеет очень большое резонансное сопротивление (до десятков МОм), поэтому их используют в качестве металлических изоляторов, которые применяются, например, для крепления внутреннего провода коаксиального кабеля. При этом длину стакана делают несколько больше 1/4 длины волны, чтобы компенсировать индуктивную проводимость выступающей части стержня длиной .

Использование ДЛ для измерения напряжений

Короткозамкнутый четвертьволновый шлейф используется также для измерения напряжений в ДЛ. В качестве перемычки используется амперметр с сопротивлением . Подключенный к линии шлейфа за счет высокого сопротивления практически не нарушает волнового режима. При этом ток пропорционален напряжению на входе шлейфа: , , ; .

Чтобы компенсировать индуктивное сопротивление амперметра измерительный шлейф несколько упорядочивают . Реальный измерительный шлейф, конечно, влияет на волновой режим. Для уменьшения этого влияния между измерительным шлейфом и фидером делают зазоры (рис. 6.22).

Рис. 6.22.

Измерительная линия используется на ВЧ и УВЧ для измерения неизвестных комплексных сопротивлений, которые подключаются к измерительной линии в качестве нагрузки. Вольтметром измеряют напряжения (в пучности) и (в узле) ДЛ. Измеряют также расстояние от нагрузки до узла напряжения. Используя эти данные и известные волновое сопротивление и длину волны определяют КБВ и расстояние до пучности , коэффициент и фазу . Таким образом, получаем , тогда неизвестное сопротивление .

Использование ДЛ в качестве согласующих ЧП рассмотрим как отдельный вопрос.