Стационарные процессы в линии передачи

Цель работы — освоить основные понятия, физическую сущность и методы анализа процессов в цепи с распределенными параметрами (линии передачи).

Изучаются следующие основные вопросы:

1) понятия линии передачи, регулярной линии передачи; 2) основные параметры линии — погонные параметры, волновое сопротивление, коэффициент распространения, коэффициент фазы, коэффициент ослабления; 3) метод анализа процессов в регулярной линии при воздействии на нее гармонических колебаний; 4) характеристики бегущих волн в линии — фазовая скорость, длина волны, ослабление; 5) режимы работы линии — режимы бегущей волны, стоячей волны, смешанный; 6) параметры, характеризующие режим работы линии — коэффициент отражения, положение узлов и пучностей, коэффициент бегущей волны и коэффициент стоячей волны.

Домашнее задание

Изучите вышеперечисленные основные вопросы. Рекомендуются учебные пособия [1] (глава 10), [2] и конспект лекций.

1. Выпишите формулы, позволяющие, зная погонные параметры и частоту , рассчитать волновое сопротивление R_в линии и основные характеристики волн в линии — коэффициент фазы , фазовую скорость v_ф, длину волны в линии .

2. Выпишите формулы, позволяющие, зная R_в,  и сопротивление нагрузки Z_н, рассчитать параметры, характеризующие режим работы линии — коэффициент отражения от нагрузки _н, положение пучностей напряжения l₀, коэффициент бегущей волны k_бег и коэффициент стоячей волны k_ст.

3. Изобразите качественно (на двух графиках, см. ниже) характер кривых распределения амплитуды напряжения вдоль линии U(z):

• в режиме бегущей волны, т.е. для согласованной линии (R_н=R_в);

• в режиме стоячей волны — для разомкнутой линии (Z_н=), для короткозамкнутой линии (Z_н=0), для линии с реактивной нагрузкой (Z_н=jX_н, где X_н>0 и X_н<0);

• в смешанном режиме — для линии с резистивной нагрузкой (Z_н=R_н, где R_н>R_в и R_н<R_в), для линии с комплексной нагрузкой (Z_н=R_н+jX_н, где R_н>R_в или R_н<R_в, X_н>0 или X_н<0 — на ваш выбор).

Кривые для режимов бегущей и стоячей волны постройте на одном графике, кривые для смешанного режима — на другом. Расстояние от нагрузки z откладывайте «влево». На графиках укажите характерные значения амплитуды (U_пад и 2U_пад) и расстояния от нагрузки (λ/4 и λ/2).

Лабораторное задание

Данная работа выполняется на базе специального лабораторного блока, содержащего так называемый цепочечный эквивалент линии. Цепочечный эквивалент представляет собой цепь в виде каскадного соединения 20 одинаковых ячеек — LC-фильтров нижних частот. Длина одной ячейки l_яч=2,5 см, длина линии l_лин=50 см. Погонные реактивные параметры эквивалента линии известны: L₁=L_яч/l_яч, C₁=C_яч/l_яч, где L_яч и C_яч — указанные на блоке параметры одной ячейки.

Подготовка установки к работе

Подключите к эквиваленту линии генераторно-измерительную систему: генераторный выход системы — к входу линии (соединенному с зажимами  «20—земля»), а измерительный вход системы — к зажимам «вольтметр» (соединенным со «щупом» линии). К выходу линии (соединенному с зажимами «0—земля») подключите переменный резистор.

Включите генераторно-измерительную систему (ее ярлык — на рабочем столе) и подготовьте ее к измерениям:

• установите режим изучения характеристик (осциллограмм) сигналов;

• оставьте отображение только расчетного входного сигнала и сформируйте сигнал в виде последовательности треугольных импульсов:

где u₀ = 0, U_И = 1 В, Т_И  = 100 мкс, t₀ =0, период 1 мс;

• включите отобра­жение генерируемого сигнала. Проверьте, что реальное входное напряжение действительно соответствует заданному. Если это не так, то выполните сервисную программу «калибровка». После этого отображение расчетного входного сигнала отключите;

• включите отображение измеряемого сигнала. Наблюдайте реальные входной и выходной сигналы.