8. Принципы использования отрезков длинных линий.

8.1. Линия как фидер.

Линия, по которой осуществляется передача энергии высокочастотных колебаний от генератора к нагрузке, называется линией передачи, или фидером (название происходит от английского глагола to feed – питать). В современных устройствах связи находят применение фидеры различных типов.

В диапазоне метровых и более длинных волн для передачи энергии обычно используется воздушная двухпроводная линия. При передаче гармонических сигналов по воздушным линиям связи без потерь фазовая скорость волн практически равна скорости света в вакууме , а при наличии потерь лишь немного меньше:. Среднее значение волнового сопротивления для воздушных линийОм.

Например, длина волны λ в воздушной линии, при частоте f=50 Гц км. Общая протяжённость воздушных линий, сооружённых между Волжской гидростанцией и Москвой, немного больше 1000 км, то есть на таких линиях укладывается сравнительно небольшая доля длины волны и нельзя наблюдать волнообразного изменения тока или напряжения по длине, а можно наблюдать лишь их монотонное изменение. Волнообразное изменение напряжения и тока вдоль линии можно наблюдать в устройствах связи, где линии соединяют, например, радиопередатчик коротких волн с антенной.

Однако на более коротких волнах воздушная линия начинает интенсивно излучать электромагнитное поле в окружающее пространство; также возрастают тепловые потери в проводах. В дециметровом диапазоне волн наиболее широко применяется коаксиальная линия передач. В кабелях с диэлектрической проницаемостью изоляции ε ≈ 4…5 фазовая скорость волн в 2…2,5 раза меньше скорости света в вакууме. Среднее значение волнового сопротивления для кабелей Z_в = 50…70Ом. В отличие от двухпроводной линии коаксиальная линия не имеет потерь на излучение, так как её электромагнитное поле отделено от внешнего пространства надёжным экраном – оболочкой внешнего цилиндрического проводника. Коаксиальный фидер обладает меньшими тепловыми потерями также оттого, что образующие его проводники имеют достаточно большие поверхности.

На сантиметровых волнах в качестве фидера используется волновод, представляющий собой полую металлическую трубу, в которой распространяются электромагнитные волны. Отсутствие в волноводе внутреннего проводника уменьшает расход энергии на нагревание и, следовательно, уменьшает потери энергии сигнала при передаче.

8.2. Применение линий для измерений.

Линия без потерь в четверть волны, замкнутая в конце подогревателем термопары, то есть практически накоротко, применяется как вольтметр для измерения распределения напряжения в двухпроводной линии, питаемой генератором электромагнитного колебания с длиной волны λ (на рисунке 12 точки подключения обозначены 1-1). Как видно из рисунка 6, входное сопротивление короткозамкнутой линии без потерь длиной бесконечно велико. Поэтому её подключение не влияет на распределение напряжения вдоль исследуемой линии.

Термопара присоединяется к милливольтметру, измеряющему её э. д. с. В соответствии со значением э. д. с. термопары определяется ток нагрева её спаяI_к.з.. Согласно (7.14), при , получим:

.

Такое измерительное устройство называется «линейный вольтметр». Действующее значение напряжения в точках подключения линейного вольтметра определяется .

Перемещая место присоединения линейного вольтметра вдоль исследуемой линии, можно измерить распределение напряжения.