Компьютерный анализ режимов работы отрезков линии без потерь
Цели работы. 1. Исследовать распределение амплитуд или действующих значений напряжений и токов в отрезке длинной линии c пренебрежимо малыми потерями (линии без потерь) в зависимости от характера и величины нагрузки.
2. Изучить зависимость входного сопротивления (его вещественной и мнимой составляющих) от пространственной координаты при различных нагрузках.
Объект исследования
Линия без потерь, моделируемая воображаемой схемой замещения, для которой известны параметры. В виртуальном эксперименте используется универсальная компьютерная система Mathсad.
Рабочее задание
1. Вывести на экран монитора программу анализа режимов работы линии без потерь (Mathсad, Lab_20. mcd). Скопировать файл, копию сохранить под другим именем (Save As).
2. Ввести исходные данные условной линии, в качестве которых принять данные своего варианта курсовой работы:
– волновое сопротивление Rс, Ом;
– частоту f, Мгц;
– относительную длину линии l0 = l/.
В
дальнейшем анализе будут приняты
обозначения: c
– скорость электромагнитной волны в
вакууме; ky
– коэффициент укорочения волны (для
простоты здесь принято ky
= 1);
= c/f
– длина волны;
= 2/
– коэффициент фазы (в радианах);
– коэффициент отражения волны.
Поскольку в лабораторной работе не задается величина входного напряжения линии, в расчетных формулах произвольно принимается I2П = 0.02 А – ток прямобегущей волны в сечении нагрузки; тогда напряжение прямобегущей волны U2П = RсI2П.
3. Исследовать режим смешанных волн.
3.1. Поочередно устанавливая сопротивления нагрузки: а) Zн = Rн + + jXн – комплексное сопротивление (из задания на курсовую работу); б) резистивные сопротивления Zн = 2Rс и Zн = 0.5 Rс, получить на экране монитора графики распределения действующих значений напряжения U(x) и тока I(x) вдоль отрезка однородной линии без потерь при заданной нагрузке. Отсчет координаты «x» здесь и в дальнейшем ведется в метрах от конца линии к началу. Записать максимальное и минимальное значения напряжения, а также – координаты xmax и xmin ближайших к началу координат максимума и минимума напряжения.
3.2. По результатам исследования вычислить модуль и аргумент коэффициента отражения волны, а также комплексное сопротивление нагрузки. Сравнить результаты вычислений с исходными данными (вычисленные величины для отличия их от исходных данных снабдить каким-либо индексом или штрихом).
3.3. Построить графики распределения вещественной R(x) и мнимой X(x) составляющих сопротивления вдоль той же линии и при тех же сопротивлениях нагрузки.
3.4. Все материалы раздела скопировать на личную дискету.
4. Исследовать режимы стоячих волн.
Поочередно устанавливая сопротивления нагрузки Zн = , Zн = 0, Zн = j Xн, Zн = – j Xн (Xн – мнимая часть исходного Zн), повторить все наблюдения и возможные вычисления, как в предыдущем пункте, изменив, соответственно, заглавия подпунктов. Результаты скопировать на личную дискету.
5. Исследовать режим бегущих волн (режим согласованной нагрузки). Установить Zн = Rс. Построить и проанализировать графики распределения напряжения, тока и сопротивления. Сделать заключение об особенностях этого режима. Результаты скопировать на личную дискету.