Исследование взаимосвязи между электрическими и конструктивными характеристиками коаксиально-кабельных и искусственных линий

Федеральное агентство по образованию РФ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Владимирский государственный университет

Факультет радиофизики, электроники и медицинской техники

Кафедра КТРЭС

Исследование взаимосвязей электрических и конструктивных

характеристик электромагнитных линий задержки

Лабораторная работа №1 по дисциплине:

«Элементы ЭС»

Работу выполнил:

Студент гр. Р-107

Проверил:

Владимир 2010

Цель работы:

Исследование взаимосвязи между электрическими и   конструктивными характеристиками коаксиально-кабельных и искусственных линий  задержки, а также влияния согласования источника сигнала и нагрузкой на   качество их работы.

1.Теоретическая часть

В лабораторной работе исследуются электрические (электромагнитные) линии  задержки, у которых задержка определяется временем распространения электромагнитных колебаний в отрезке однородной длинной  или искусственной  линии.

Время задержки и точность воспроизведения задержанного сигнала однозначно             определяются фазово- и амплитудо-частотной характеристиками линии задержки.

Для неискаженной передачи импульсных сигналов фазовая характеристика должна быть линейной, а модуль коэффициента передачи не должен зависеть от  частоты. В реальных условиях это выполняется только в узкой полосе частот, называемой полосой пропускания. Полоса пропускания лини задержки должна быть не уже активной части спектра задерживаемого импульса.

В однородных  длинных линиях индуктивность, ёмкость и другие параметры распределены вдоль линии, поэтому их называют линиями с распределёнными параметрами и характеризуют системой погонных параметров.

2.Лабораторное задание

2.1. Рассчитать электрические характеристики коаксиальной кабельной линии задержки с плавающей жилой с параметрами:

внешний диаметр внутренней жилы  d0  =0.5 мм;

диэлектрическая проницаемость e =2.3;

тангенс угла диэлектрических потерь в изоляции  tgd =0,0003;

внутренний диаметр оплетки  D = 5 мм;

длина кабеля l = 25 м.

2.2. Получить экспериментально рассчитанные характеристики кабельной и искусственной линий задержки, записать полученные данные в таблицу, сравнить   результаты, сделать выводы.

2.3. Зарисовать осциллограммы напряжения на входе и выходе линии.

Выполнение работы.

2.1. Расчет параметров коаксиальной (длинной) линии задержки. Погонная индуктивность (L1), ёмкость (C1) и другие параметры  рассчитываются по  формулам:

 Гн,

 Ф.

Волновое сопротивление коаксиальной линии задержки равно:

 Ом

Погонное сопротивление длинной линии, при r=0,01676*10^-6 Ом*м (для меди) и  при частоте f=10 МГц равно:

 Ом

Величина затухания на единицу длины определяется так:

Тогда полное затухание в линии с длиной l = 47 м

Дб.

Время задержки находим по  формуле:

с.

Добротность такой линии

Дб.

Полоса пропускания рассчитается следующим образом:

Гц.

2.2 Расчет по параметрам элементов звена искусственной линии задержки w, t_з, ∆f, d, τ_ф.

Исходные данные:

Тип m;

Погонная индуктивность – 20 мкГн;

Погонная емкость – 47 пФ;

Добротность – 90;

Число звеньев – 40.

Частота среза для одного звена:

Волновое сопротивление:

Время задержки сигнала:

Для 20 звеньев:

Длительность фронта задержанного импульса:

Для 40 звеньев:

Полоса пропускания:

Затухание в линии задержки:

2.3Воспользовавшись пакетом Electronic Workbench, получили АЧХ линий задержки и осциллограмму сигнала на выходе при подаче на вход прямоугольного импульса длительностью τ_и = 0,2t_з при следующих условиях:

а) R_н = w; R_и = w;              б) R_н = 0; R_и >> w;                      в) R_н = ∞; R_и >> w.

Рисунок 1. – АЧХ линии задержки с распределенными параметрами при условии R_н = w; R_и = w.

 

Рисунок 2. – АЧХ линии задержки с распределенными параметрами при условии R_н = 0; R_и >> w.

 

Рисунок 3. – АЧХ линии задержки с распределенными параметрами при условии R_н = ∞; R_и >> w.

 

Рисунок 1. – АЧХ искусственной линии задержки при условии R_н = w; R_и = w.

   

Рисунок 2. – АЧХ искусственной линии задержки при условии R_н = 0; R_и >> w.

   

Рисунок 3. – АЧХ искусственной линии задержки при условии R_н = ∞; R_и >> w.

Вывод: в ходе выполнения лабораторной работы был произведен анализ двух типов линий задержки: коаксиально-кабельной и искусственной. Искусственная линия задержки обеспечивает большее время задержки в режиме согласования входа и выхода. Она также обеспечивает меньший коэффициент затухания и, как следствие, большую добротность. Также был произведен теоретический расчет основных параметров коаксиально-кабельной линии задержки, который соответствует экспериментальным  данным.