УСВЧ FINAL. Линии передачи определение регулярные, нерегулярные, однородные, неоднородные. Открытые, закрытые их достоинства и недостатки, применения. Примеры
 Скачать 10.27 Mb.
|
Сердечник и оболочка захватывают световой луч в сердечник при условии, что луч света входит в сердечник под углом больше критического. Тогда луч света распространяется вдоль сердечника волокна с минимальной потерей мощности за счет полного внутреннего отражения. |
| Диапазон | Длина волны | Частота МГц |
| Метровый (ОколоВЧ) | 10м – 1 м | 30 – 300 |
| Дециметровый (УльтраВЧ) | 1м – 10 см | 300 – 3000 |
| Сантиметровый (СВЧ) | 10 см – 1 см | 3000 - 30000 |
| Миллиметровый (КрайнеВЧ) | 1 см - 1 мм | 30000 - 300000 |
Для передачи ЭМ колебаний в диапазоне до 3 МГц используют экранированные и неэкранированные проводные линии. Волны с частотой 3МГц- 3ГГц передают по коаксиальным радиочастотным кабелям. Передача в диапазоне 3-300 ГГц осуществляется по металлическим и диэлектрическим волноводам.
Применение диапазонов УКВ объясняется преимуществами, свойственными радиоволнам этого диапазона по сравнению с волнами других диапазонов. Радиоволны УКВ диапазона хорошо отражаются от предметов, встречающихся на пути их распространения. Это позволяет получать интенсивные сигналы, отраженные от целей, облученных радиолокационной станцией. В диапазоне УКВ легче получить остронаправленный радиолуч, необходимый для измерения угловых координат цели. В этом диапазоне наблюдается значительно меньше индустриальных помех.
Линии связи, при анализе которых нельзя пренебречь токами, обусловленными емкостью между проводами (токами смещения) и проводимостью изоляции называют цепями с распределенными параметрами (длинными линиями). Длинную линию можно представить в виде электрической схемы, чтобы облегчить анализ ЛП. Это эквивалентная схема – электрическая схема, в которой все реальные элементы заменены максимально близкими по функциональности цепями из идеальных элементов. Но этот метод даёт погрешность из-за того, что не учитывается неидеальность элементов и т.д.
Предполагается , что геометрические размеры эквивалентной схемы настолько малы, что какие-либо эффекты длинных линий отсутствуют, то есть эквивалентная схема рассматривается как система с сосредоточенными параметрами.
Резистор. Идеальный резистор характеризуется только сопротивлением. Индуктивность, емкость, а также сопротивление выводов равны нулю.
Конденсатор. Идеальный конденсатор характеризуется только ёмкостью. Индуктивность, утечка, тангенс угла потерь, диэлектрическое поглощение а также сопротивление выводов равны нулю.
Катушка индуктивности. Идеальная катушка индуктивности характеризуется только индуктивностью. Емкость, сопротивление потерь, а также сопротивление выводов равны нулю.
Источник ЭДС. Идеальный источник ЭДС характеризуется только своим напряжением. Внутреннее сопротивление и сопротивление выводов равны нулю.
Источник тока. Идеальный источник тока характеризуется только своим током. Утечка равна нулю.
Проводники. Элементы эквивалентной схемы соединены идеальными проводниками, то есть индуктивность, емкость и сопротивление проводников равны нулю.
Режимы в плоскостях отчета фаз могут быть описаны в терминах напряжений падающих волн и отраженных волн – волновой подход, применяется в S – матрицах.
Режимы в плоскостях отчета фаз можно описать в терминах напряжений и токов – классический подход, применяется в Z и Y – матрицах.
От описанной S-матрицей, можно перейти по формулам переход к Z и Y – матрицам. Это и есть связь между волновым и классическим подходами.
Коэффициент отражения от нагрузки, КБВ, КСВ, сопротивление линии и соотношение между ними. Поведение модуля коэффициента отражения в идеальных и реальных ЛП. Резонансные сечения, значения в них напряженностей полей и сопротивлений.
Коэффициент отражения от нагрузки - отношение амплитуд отраженной и падающей волн в сечении нагрузки, при Z=0.
КБВ - отношение наименьшего значения амплитуды напряженности электрического или магнитного поля бегущей волны к наибольшему.
КСВ = (1-|Г|)/(1+|Г|).КСВ - величина обратная КБВ. Характеризует степень согласования антенны и фидера, величина частотнонезависимая. КСВ = (1+|Г|)/(1-|Г|).
Через коэффициент отражения можно найти КБВ или КСВ, а от них по диаграмме Вольперта-Смита найти сопротивление.
Волновое сопротивление линии - отношение амплитуды напряжения к амплитуде силы тока бегущей волны. Зависит от емкости, диэлектрической проницаемости материала проводника, индуктивности и сопротивления на единицу длины.
КО в идеальной ЛП равен 1 или 0. А в реальной существуют различные неоднородности, помехи, влияющие на отражение, соответственно, КО не равен 1 или 0.
Резонансные сечения - Сечения, в которых амплитуда напряженности электрического поля поочередно принимает максимальные или минимальные значения.
Режим работы линии на реактивное сопротивление Z=jX.
В этом случае
имеет реактивный характер и в зависимости от у может в различных сечениях равняться 0 или ∞. Те или иные сечения наз. резонансными. называют резонансными
Коэффициент отражения от нагрузки, КБВ, КСВ, сопротивление линии и соотношение между ними. Поведение модуля коэффициента отражения в идеальных и реальных линиях. Режимы в ЛП и их связь с сопротивлением нагрузки.
Коэффициент отражения – общее название двух безразмерных величин, характеризующих отражение волн от нагрузки в коаксиальной, симметричной полосковой или волноводной линии передачи. Коэффициент отражения по напряжению – комплексная величина, равная отношению амплитуд отраженной и падающей волн.
Ku=Uотр/Uпад=|Ku|*e(i*φ), где |Ku|- модуль коэффициента отражения, φ – фаза, определяющая запаздывание отраженной волны относительно падающей.
Коэффициент отражения по напряжению однозначно связан с отношением волнового сопротивления линии и импеданса нагрузки(полное сопротивление): Ku=(Zн – ρ)*( Zн + ρ), где Zн – импеданс нагрузки, ρ – волновое сопротивление.
Коэффициент стоячей волны (КСВ) — Отношение наибольшего значения амплитуды напряженности электрического или магнитного поля стоячей волны в линии передачи к наименьшему.
Характеризует степень согласования антенны и фидера (также говорят о согласовании выхода передатчика и фидера) и является частотнозависимой величиной. Следует различать величины КСВ и КСВН (коэффициент стоячей волны по напряжению): первая высчитывается по мощности, вторая - по амплитуде напряжения и на практике используется чаще; в общем случае эти понятия эквивалентны.
Коэффициент стоячей волны по напряжению вычисляется по формуле:
,где U1 и U2 — амплитуды падающей и отражённой волн соответственно.
Можно установить связь между KCBH и коэффициентом отражения Г:
Коэффицие́нт бегу́щей волны́ (КБВ) — отношение наименьшего значения амплитуды напряженности электрического или магнитного поля бегущей волны в линии передачи к наибольшему. КБВ является величиной, обратной КСВ.
Через коэффициент отражения можно найти КБВ или КСВ, а от них по диаграмме Вольперта-Смита найти сопротивление.
КО в идеальной ЛП равен 1 или 0. А в реальной существуют различные неоднородности, помехи, влияющие на отражение, соответственно, КО не равен 1 или 0.
Рассмотрим упрощенно теорию линий передач. Есть 3 режима работа линии – работа на согласованную нагрузку (РБВ), работа на нагрузку большую волнового сопротивления линии и на нагрузку меньшую волнового сопротивления линии (РСВ).
Понятно, что в режиме бегущей волны фидерная линия используется оптимально, так как в случае согласованной нагрузке отсутствует отраженная волна. И передается максимальная мощность. Если же антенная система работает с КСВ, то фидерная линия используется не оптимально .
Режим стоячих волн
Если сопротивление нагрузки рассматриваемой линии не равно волновому сопротивлению, то только часть энергии, передаваемой падающей волной к концу линии, потребляется нагрузкой. Оставшаяся часть энергии отражается от нагрузки и в виде отраженной волны возвращается к источнику. Если модуль коэффициента отражения линии |ρ(x)|≡1, т.е. амплитуды отраженной и падающей волн во всех сечениях линии одинаковы, то в линии устанавливается специфический режим, называемый режимом стоячих волн.
Только в трех случаях, когда сопротивление нагрузки либо равно нулю, либо бесконечности, либо имеет чисто реактивный характер.
Следовательно, режим стоячих волн может установиться только в линии без потерь прикоротком замыканииилихолостом ходена выходе, а так же если сопротивление нагрузки на выходе такой линии имеет чисто реактивный характер.
Режим бегущей волны
По линиям передач оптимальная передача энергии требует их согласование: получение в линии режима бегущей волны - KCB=1, Г=0(коэфф отражения). Полное согласование.
Такой режим для цепей с сосредоточенными параметрами будет соответствовать равенству внутреннего сопротивления источника сопротивлению нагрузки.
Передается максимальная мощность – оптимальный режим.
14. Формула трансформации сопротивлений с пояснениями. Эквивалентные сечения и расстояния между ними. Входное сопротивление отрезка фидера, значения в случае реактивных нагрузок. Понятие шлейфов, их входные сопротивления, применения.
Данная формула получается из телеграфных уравнений (напряжение/сила тока)
Данное выражение называется формулой трансформации сопротивления, β=2*π/λ-волновое число. Если зафиксировать l, то данная формула определяет входное сопротивление нагруженного отрезка фидера длиной l. При согласованной нагрузке Zн=Wф имеем Zвх=Rвх=Wф
В режиме короткого замыкания (Zн=0) входное сопротивление фидера рассчитывается по формуле
, а в режиме холостого хода (Zн=∞) по формуле Шлейфы – ЛП, имеющая на конце нагрузку в виде ХХ или КЗ, короткозамкнутые или разомкнутые отрезки фидеров, имеющие чисто реактивные входные сопротивления.
Для кз шлейфов Zн=0, Zвх=i Wф tgβl.
Для хх, Zн=∞, Zвх=-i Wф ctgβl
РБВ
Zн=Wф=Rн
Xн=0
Uотр=0
|Гн|=0
Umax=Umin=|Uпад|=|U(I)|=const
Смешанных волн
Rн>Wф
R+jX (индуктивность)
I>UR-jX(емкость)
U>IR (колебательный контур)
3. РСВ
|Гн|=1
Umax=2|Uпад|
Umin=0
Кн=0
Хн=0 КЗ
Хн=∞ ХХ полное отражение