1.Описание установки и вывод рабочих формул

Линии передачи представляют собой едва ли не самые распространенные составные элементы любого радиотехнического устройства. Они используются для соединения антенных систем с приемным или передающим устройством, при соединении отдельных узлов аппаратуры, в качестве резонансных элементов и для передачи сигналов на большие расстояния.

Двухпроводная линия характеризуется рядом параметров, которые являются распределенными по длине линии: R – активное сопротивление проводников, С – емкость между проводниками, L – индуктивность проводников. Важное значение для расчета линии имеет волновое сопротивление Z – отношение напряжения к току в любой точке линии, по которой распространяется электромагнитная волна. Волновое сопротивление постоянно вдоль линии и не зависит от ее длины. В диапазоне радиочастот

, где L₁ и C₁ – индуктивность и емкость единицы длины линии.

Если линия подключена к устройству с входным сопротивлением R_Н , то в общем случае не вся энергия электромагнитной волны поступает в нагрузку, часть ее отражается от конца линии и возвращается на вход. Можно показать, что отношение амплитуд отраженного и падающего сигналов .

Только в случае (линия «согласована» с приемным устройством) отражения не происходит, и вся энергия поступает в нагрузку. Возможен другой режим, когда вся поступающая в линию энергия возвращается на вход. Это режим осуществляется в короткозамкнутой линии. Если линия замкнута, т.е. R_Н =0, то падающая волна отражается с изменением фазы на , и отраженный импульс оказывается «опрокинутым». В случае разомкнутой линии при R_Н = отражение происходит без изменения фазы.

В линиях передачи часто применяются коаксиальные кабели, выполненные в виде внутреннего проводника, окруженного слоем диэлектрика и внешнего проводника в форме оплетки. Индуктивность и емкость единицы длины кабельной линии:

, где r₁ и r₂ – радиусы внутреннего и внешнего проводников.

Скорость распространения волны в кабеле зависит от диэлектрической проницаемости изолирующего материала и равна

, где с – скорость света в вакууме.

Распространение волны в линии происходит с потерей энергии – волна затухает по экспоненциальному закону. Коэффициент затухания

, где А₀ и А – величины импульсов на входе в линию и на расстоянии х соответственно; единица измерения β - децибел на метр (дБ/м).

Работа выполняется на установке, принципиальная схема которой показана на рис.1. Генератор Г вырабатывает прямоугольные импульсы длительностью до десятых долей микросекунды. Импульсы подаются на вход осциллографа О и при замыкании ключа К₁ – на вход коаксиального кабеля I. В качестве нагрузки используется набор сопротивлений, причем в положении 1 переключателя П линия разомкнута (R_Н =), а в положении 11 – замкнута накоротко (R_Н =0). При замыкании ключа К₂ подключается последовательно кабель II. Исходный и отраженный импульсы наблюдаются на экране осциллографа, и время запаздывания может быть измерено непосредственно в делениях шкалы.

Данные лабораторной установки:

l₁ = l₂ = 25 м, r₁ = 0,5 мм, r₂ = 2,5 мм.

Сопротивление нагрузки при различных положениях переключателя П:

П	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
RН, Ом		430	300	270	130	75	62	39	24	10	0