Частотно-избирательные системы. Длинные линии (8-9 главы учебника "Радиотехнические цепи и сигналы" под ред. К.Е.Румянцева), страница 7

Магнитострикционные фильтры строят, используя резонаторы, в которых проявляется магнитострикционный эффект. Его особен­ность состоит в следующем. При помещении стержня из ферро­магнитного материала в катушку индуктивности, к которой при­ложено переменное напряжение, в стержне возникают механи­ческие колебания, приводящие к изменению геометрических раз­меров стержня. Изменение геометрических размеров стержня вы­зывает изменение магнитной проницаемости ферромагнитного материала. В результате этого в катушке индуктивности наводится ЭДС, противоположная напряжению генератора. Это вызывает сни­жение тока во внешней цепи катушки индуктивности. При резо­нансе механические колебания стержня достигают максимально­го значения, а ток — минимального. Это эквивалентно резонансу токов в параллельном колебательном контуре.

Добротность магнитострикционных резонаторов может дости­гать 10000. Для построения фильтров на базе магнитострикцион­ных резонаторов используют мостовые схемы. На рис. 8.18 показа­ны схемы фильтров на основе магнитострикционных и кварцевых резонаторов.

В основе пьезоэлектрических фильтров лежат резонаторы, в ко­торых проявляется прямой и обратный пьезоэффекты. Прямой пьезоэффект проявляется в накоплении электрических зарядов на поверхности кварцевой пластинки при механическом воздействии на нее, а обратный пьезоэффект — в изменении геометрических размеров кварцевой пластинки при приложении к ней переменного напряжения. Для этих резонаторов можно использовать, на­пример, пластинки кварца, получая так называемые кварцевые резонаторы.

 

Рис. 8.18. Схемы фильтров на основе магнитострикционных (а) и квар­цевых (б) резонаторов

Кварцевый резонатор состоит из кварцевой пластинки в кристаллодержателе. На две противоположные поверхности кварцевой пластинки нанесен металл. При приложении к кварцевой плас­тинке переменного напряжения в ней возникают механические колебания. На поверхности накапливаются электрические заря­ды, которые приводят к протеканию тока во внешней цепи. При резонансе механические колебания достигают максимального зна­чения, соответственно и ток во внешней цепи имеет максималь­ное значение. Подобное состояние резонатора равнозначно резо­нансу напряжений в последовательном колебательном контуре.

Добротность кварцевых резонаторов достигает величины 10⁴... 10⁵. Это позволяет изготавливать высокоизбирательные фильтры, ко­торые строят по мостовой схеме (см. рис. 8.18, б).

Часть 3

ЛИНЕЙНЫЕЦЕПИСРАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ

ГЛАВА 9

ДЛИННЫЕ ЛИНИИ

9.1. Общие сведения о цепях с распределенными параметрами

Известно, что переменные электрические и магнитные поля существуют в виде единого и неразрывного электромагнитного процесса, изменяющегося во времени и в пространстве по гармо­ническому закону. Такая форма существования переменного элек­тромагнитного поля называется волновым процессом или электро­магнитной волной. При этом волновой характер имеют как элект­рическая, так и магнитная составляющие поля. Векторы напря­женности электрического  и магнитного  полей при гармо­ническом волновом процессе периодически изменяются во вре­мени с периодом Т и в пространстве с периодом . Причем как временной Т, так и пространственный периоды являются соот­ветственно временным и пространственным интервалом между двумя ближайшими одинаковыми (по величине и направлению) состояниями вектора  или .

Пространственный период  называют длиной электромагнит­ной волны (длиной волны). Величины периодов Т и связаны между собой соотношением , где v_ф — фазовая скорость распро­странения электромагнитной волны в материальной среде (м/с), аf= 1/Т — частота колебаний в волне (Гц).

При рассмотрении электромагнитных процессов в электричес­ких цепях их принято характеризовать величинами напряжения и и тока i на каком-либо участке цепи, которые по своему смыслу на умеренно высоких частотах эквивалентны величинам напряженностей соответственно электрического и магнитного полей. Поэтому при распространении в цепи электромагнитных колеба­ний значения напряжения и тока изменяются по такому же вол­новому закону, что и напряженности электрического и магнит­ного полей.

При анализе низкочастотных электрических цепей пользуются законом Ома для неразветвленного участка цепи, в соответствии с которым значения тока во всех точках такого участка одинаковы. По своей сути этот закон справедлив только для цепей с постоянным током. Для участка цепи с переменным током последний бу­дет изменять свое значение вдоль этого участка. Однако, если дли­на участка цепи l много меньше длины волны , т.е. выполняется соотношение l<<, то изменением значения тока вдоль такой цепи можно пренебречь, чем обычно и пользуются на практике. Таким образом, применение закона Ома к цепям с переменным током возможно лишь при выполнении условия l<<,. В практи­ческих расчетах можно считать, что это условие уже достаточно хорошо выполняется, если .

Если линейные размеры участка цепи соизмеримы с длиной волны  или больше ее, то тогда пренебрегать пространственны­ми изменениями тока и напряжения в электрических цепях пере­менного тока нельзя. Участки электрических цепей переменного тока, для которых не выполняется условие l<<, называются длинными линиями. Характерным примером длинной линии явля­ется двухпроводная линия, принципиальная схема которой пока­зана на рис. 9.1.

Двухпроводные линии находят широкое применение для пере­дачи на большие расстояния энергии от электростанций к потре­бителям, а также как фидерные линии для соединения передат­чиков и приемников соответственно с передающими и приемны­ми антеннами в диапазонах длинных, средних и коротких волн.