Искусственные линии задержки (илз)

ИСКУССТВЕННЫЕ ЛИНИИ ЗАДЕРЖКИ (ИЛЗ)

Однородные линии задержки (ЛЗ) с распределенными параметрами имеют ограниченную область применения. На практике значительно чаще используюл лз с сосредоточенными параметрами.

Такие ЛЗ выполнены в виде ИЛЗ с сосредоточенными параметрами. При их использовании удается обеспечить заданное время задержки при меньшем объеме линии, но с большими искажениями сигнала, или при использовании ЛЗ с распределенными параметрами.

Простейшие ИЛЗ состоят из нескольких последовательно соединенных ФНЧ Т- или П-образного типа.

Поскольку параметры отдельных звеньев ИЛЗ имеют точную величину, то можно рассматривать их как отрезки линий с распределенными параметрами.

Если выбрать С и L достаточно малыми, а число звеньев – достаточно большим, то можно ожидать, что такие ЛЗ будут по своим свойствам будут приближаться к линии с распределенными параметрами, а процессы в них будут приближаться к волновым.

Тогда в качестве эквивалентного волнового сопротивления следует принять величину

, при этом если , то .

Пользуясь этими выражениями, можно по заданным R_H  и t_З определить погонные индуктивность и емкость ИЛЗ:

Обычно эти выражения не позволяют определить нужное число ячеек ИЛЗ и не дают возможности оценить качество аналогичных ИЛЗ с линией с распределенными параметрами.

Рассмотрим работу одного звена такой ФНЧ системы.

Из теории ФНЧ известно, что комплексный коэффициент передачи однозвенного Т – фильтра НЧ, нагружаемого на , равен , где  (7)  с учетом ограниченной полосы пропускания.

 (8)

причем верхняя граничная частота, определяющая его полосу пропускания , а полоса пропускания (прозрачности) .

Границу такого фильтра иллюстрирует рис.13

В полосе частот  неоднородность АЧХ не превышает 37%, а ФЧХ близка к линейной. А так как время запаздывания определяется, в основном, временем фазовой задержки низкочастотной составляющей этого импульса, то можно принять, что запаздывание импульса в однозвенном ФНЧ

, и низкочастотная составляющая видеоимпульса передается через  однозвенный ФНЧ с .

Причем это выражение справедливо тем в большей степени, чем лучше выполняется неравенство

.

Таким образом, видеоимпульс, активная ширина спектра которого

, должен передаваться через однозвенный ФНЧ с запаздыванием

при сравнительно небольшом искажении формы импульса. Эти искажения будут тем меньше, чем лучше выполняется неравенство:

.

При передаче через такой ФНЧ прямоугольного импульса, активная длительность фронта выходного импульса  определяется:

Поэтому для обеспечения необходимых условий прохождения импульса через однозвенный ФНЧ должны выполняться  два условия

,  .

Эти неравенства однозначно определяют величины L и C.

При этом оказывается, что  получаемая в однозвенном ФНЧ задержка может оказаться недостаточной. В этом случае необходимо использовать многозвенный ФНЧ, то есть ИЛЗ.

Учитывая, что при  входное сопротивление однозвенного ФНЧ

при последовательном соединении двух и более звеньев каждое из последующих звеньев окажется нагруженным на сопротивление .

Следовательно, частотные характеристики всех звеньев оказываются такими же, как и у однозвенного ФНЧ, то есть

, а передаточная характеристика n-звенного фильтра

и в соответствии с формулой

временная задержка, создаваемая ИЛЗ из n одинаковых звеньев определяется формулой, аналогичной выражению для  ЛЗ с распределенными параметрами

и число ячеек ИЛЗ, необходимое для задержки импульса прямоугольной формы при длительности фронта выходного импульса , где обычно  будет равно

при , число ячеек оказывается значительным. Это является основным недостатком рассматриваемых ЛЗ

.

Уменьшение числа звеньев ИЛЗ допустимо при использовании звеньев типа m, получаемых из звеньев типа Т путем увеличения комплексного сопротивления последовательной ветви в m раз

и таком изменении комплексного сопротивления параллельной ветви, при котором характеристическое сопротивление звеньев окажется одинаковым.

Это условие выполняется при

, то если в последовательную ветвь включена индуктивность mL, то в параллельную ветвь необходимо кроме емкости mС ввести индуктивность .

В этом случае ИЛЗ будет иметь вид

Ясно, что при  и, следовательно, такую индуктивность можно осуществить только путем создания связи между индуктивностями последовательных ветвей, то есть схема фильтра примет следующий вид

Где К – коэффициент связи.

Параметры схемы, выраженные через параметры предыдущей схемы будут иметь вид:

При этом характеристическое сопротивление фильтра для нижних частот будет:

Коэффициент передачи:

и при   верхняя граничная частота фильтра и осуществляемая им задержка импульса будут определяться выражениями:

Полагая, как и для звеньев типа Т, что , число звеньев типа m для задержки импульса на время t_з  будет равно:

Из приведенных выражений следует, что с увеличением m величина  и t_з возрастают, а число звеньев, необходимое для обеспечения заданного t_з уменьшается. Однако при этом возрастает нелинейность ФЧХ и, следовательно, увеличивается искажение формы импульса.

При увеличении m > 1 возрастает необходимая величина коэффициента связи, которую в этом случае сложно реализовать конструктивно (эта связь осуществляется путем размещения катушки на ферритовых стержнях). Искажения формы импульса, возникающие из-за рассогласования ИЛЗ и R_Н, можно уменьшить. Для этого на концах ИЛЗ выполняют полузвенья m-типа с m=0,6, меньшее изменение характеристического сопротивления этих полузвеньев в полосе частот обеспечивает необходимое согласование.

Суммарная задержка импульса, осуществляемая входным и выходным полузвеньями примерно равны задержке m-звена.

ИЛЗ обеспечивют задержку импульса на 10-20мкс.

Стандартные ИЛЗ изготовляются на t_з 0,1; 0.2; 0.5; 1.0; 5.0; 10.0 мкс и обычно имеют отводы через 0.1t_з.

Такие ИЛЗ способны работать в диапазоне температур от –60 до +100°С (). Допускается работа при относительной влажности 98% при +40°С. Выдерживают вибрации 5-1500 Гц, перегрузки до 10g, ударные нагрузки до 75-150g. Атмосферное давление до 5 мм рт.ст.

Таким образом, мы рассмотрели основные типы электрических ЛЗ, а также электромагнитных.

В заключении приведем их основные характеристики.

Коаксиальные кабели  - 40 нс/м, Df до 10 ГГц.

Спиральные кабели – 2мкс/м, Df до 5-7 МГц.

ИЛЗ от 10 нс до 10 мкс на секцию – 100кГц-100МГц.

Задержка в таких ЛЗ является результатом прохождения электромагнитной волной конечного пути.

Вернуться к содержанию