- •Тема 1 Длинные линии
- •1.1 Бегущие волны в линии Общие сведения о длинных линиях.
- •Параметры длинных линий.
- •1.2 Стоячие волны в линии Разомкнутая линия (рзл)
- •Короткозамкнутая линия (кзл)
- •Электромагнитное поле в длинной линии
- •1.3 Смешанные волны в линии Образование и свойства смешанных волн.
- •Формирующие и задерживающие линии.
Электромагнитное поле в длинной линии
Поле бегущей волны
Как известно из электротехники, в пространстве, окружающем провода линии, существуют электрическое и магнитное поля. Структура энергетического поля БВ в двухпроводной линии показана на рис. 21а. Электрические силовые линии (е.с.л.) направленные от положительно заряженного проводника к отрицательно заряженному и всегда перпендикулярны поверхности проводника. Их густота пропорциональна напряженности электрического поля – Е. Она максимальная в тех точках, где напряжение БВ и напряженности поля в данный момент имеют амплитудное значение (,).
Рис. 21. Электромагнитное поле бегущей волны в двухпроводной линии:
а) электрическое поле;
б) магнитное поле;
в) изменение напряженностей полей Е и Н вдоль оси линии;
г) построение вектора П.
Магнитные силовые линии (м.с.л.) имеют форму замкнутых кривых окружающих проводник с током (рис. 21б). Их направление определяется правилом правого буравчика, а густота пропорциональная напряженности магнитного поля H.
В точках пересечения э.с.л. и м.с.л. взаимно перпендикулярны. БВ тока и напряжения, а значит электрического и магнитного полей, совпадают по фазе в пространстве и во времени. Это значит, что в данный момент времени в одной и той же точке линии оба поля максимальны, а в другой – равны нулю.
На рис. 9.21в показаны графики изменения напряженности полей Е и Н вдоль оси линии. Для фиксированного момента времени им пропорциональны длины векторов и . Как известно, энергия БВ распространяется от ГВЧ к нагрузке. Такая волна называется поперечной электромагнитной и обозначается ТЕМ.
Вектор плотности потока электромагнитной мощности
Электромагнитная энергия, передаваемая по линии, сосредоточена в электромагнитном поле (ЭМП), окружающем провода линии. По величине и направлению поток мощности электромагнитного поля характеризуется вектором плотности потока электромагнитной мощности введённым Умовым и Пойнтингом.
Вектор равен векторному произведению векторов и :
Векторное произведение есть вектор, перпендикулярный плоскости векторов сомножителей (рис. 21в) и численно равным площади параллелограмма, построенного на этих векторах.
Поскольку , то и ; . Направление вектора П определяется правилом правого буравчика, рукоятка которого вращается от и по кратчайшему пути. Как видно из рис. 21 в при одновременном изменении направлений обоих векторов и , направление вектора не изменяется. Таким образом отображается однонаправленная передача энергии БВ.
Размерность вектора : .
Следовательно, вектор численно равен потоку мощности ЭМП, пересекающему нормальную (перпендикулярную) ему площадку в . Интеграл-сумма векторов по всей площади, занимаемой ЭМП, равен полной мощности БВ.
Рис. 22. Электромагнитное поле стоячей волны в разомкнутой линии:
а) схема; б) изменение полей Е и Н вдоль оси линии; в) построение вектора П.
Поле стоячей волны
На рис. 22 показаны графики ЭМП СВ. Волны Е и Н сдвинуты вдоль линии на , так же как и волны U и I.
При изменении направления одного из полей вектор П тоже меняет направление. Поэтому, если на одном четверть волновом участке в данный момент энергия направлена к нагрузке, то на соседних – к ГВЧ. Это соответствует реактивному характеру нагрузки ГВЧ.
Вопросы для самопроверки
-
Какой физический процесс происходит в конце разомкнутой линии?
-
Чем отличаются друг от друга падающая и отражающая волны, что получится в результате их сложения?
-
Что называется узлами и пучностями тока и напряжения, в каких точках линии они возникают?
-
Каковы свойства СВ, чем они отличаются от соответствующих свойств БВ?
-
От каких факторов и как зависит входное сопротивление РЗЛ?
-
Чем определяется характер входного сопротивления при СВ?
-
Какой РТЦ эквивалентен отрезок линии, длина которого равна нечётному (чётному) числу четвёртой волны, и почему?
-
Каковы применения РЗЛ в радиотехнике? Объясните каждое из них.
-
Чем отличается процесс отражения волн, образование СВ и входное сопротивление КЗЛ от соответствующих свойств РЗЛ?
-
Каковы основные применения КЗЛ? Объясните каждое из них.
-
При каких условиях применяется линия, нагруженная на конденсатор? Как рассчитывается их ёмкость?
-
Можно ли утверждать, что энергия БВ распространяется по проводам линии?
-
Какова структура ЭМП бегущей волны в двухпроводной линии?
-
Что называется вектором плотности потока электромагнитной мощности? Как она используется?
-
Пользуясь вектором объясните, почему входное сопротивление линии при БВ является активным, а при СВ – реактивным?