Волновые процессы в длинных линиях (воздушных и полосковых)

Воздушная линия

Пункт №1. Расчет волновых сопротивлений четвертьволнового трансформатора и воздушной линии, а также—рабочей частоты.

Волновое сопротивление может быть рассчитано по формуле:

,                где значения s и d можно определить по рисунку 1.

Рисунок 1

После вычисления получим W=227 Ом.   Длина четвертьволнового трансформатора L=0.15 м . То есть λ/4=0,15м, откуда λ=0,6м. Соответствующая ей частота   ν=с/λ =0,5 ГГц.

Пункт №2   Исследование распределения напряжения и тока вдоль линии, закороченной на конце.

Закороченная линия
X	U, усл.ед.	I,усл.ед.
115	4	38
110	28	27
105	48	2
101	50	10
95	26	32
90	1	38
87,5	1
85	6	50
80	31	31
75	46	2
72,5	50
70	47	18
65	25	41
60	1	40
55	9	50
50	36	21
46		2
45	50	4
40	48	34
35	21	50
30	1	39
25	11	48
20	37	19
15	50	4
10	50	49
5	24	50
0	1	50

Определим длину волны в линии. Для повышения точности, измерим расстояния между  1-ым и

4-ым минимумами напряжения  λ=(87,5-0)/3=29,2 (см).   Определи КСВ для случая короткозамкнутой линии.     КСВ=7.  Тогда модуль коэффициента отражения, который находится из условия   , равен 1.

Пункт № 3  Исследование распределения напряжения и тока вдоль комплексно-нагруженной линии.

Комплексно нагруженная линия
X	U, усл. ед.	I,усл. ед.
115	45	18
110	42	28
105	36	17
100	24	32
95	8	36
90	24	20
85	42	25
80	37	30
75	33	16
70	21	35
65	8	42
60	25	14
55	42	32
50	36	48
45	33	38
40	21	50
35	9	42
30	28	20
25	42	15
20	36	44
15	36	30
10	20	44
5	10	30
0	30	18

Определение коэффициента отражения,

КСВ и КБВ для случая  линии,

нагруженной на комплексное

сопротивление:

Тогда , 

КБВ определяется из условия  КБВ=1/КСВ.  КБВ=0,43.

Пункт № 6.  Согласование нагрузки параллельно подключаемым шлейфом.

С помощью круговой диаграммы определили два варианта места включения и длины шлейфа.

1. Lшл1=(0,5+0,116)*λ=0,616*0,6=0,37 (м). Место включения: L=0.09*λ=0.054 (м)

2. Lшл2=0,14*0,6=0,08 (м).  Место включения L=(0.5+0.158)*0.6=0.39 (м).

Место включения шлейфа в обоих вариантах отсчитывается от первого минимума напряжения. Был выбран второй вариант, так как  для реализации первого шлейф не имел достаточной длины.

 

с подключенным  шлейфом
X	U, усл. ед.
115	36
110	32
105	9
100	8
95	16
90	31
85	36
80	26
75	6
70	8
65	15
60	30
55	36
50	39

Определим значение КСВ в данном случае:

.1

Полосковая линия

Пункт № 8  Измерение длины волны в полосковой линии на частоте 500 МГЦ.

В ходе эксперимента было получено следующее распределение:

закороченная линия
X	U, усл ед
1	28
5	80
10	47
13	2
15	10
20	80
25	66
30	10
35	76
40	66
44	4
50	80

Определим длину волны в полосковой линии:  λ=(44-13)/2=15,5 (см).

Рассчитаем эффективную диэлектрическую проницаемость   ε=(0,6/0,155)=3,9.

Пункт № 9  Исследование распределения напряжения в линии, нагруженной на различные сопротивления.

1. Линия нагружена на емкость: 

нагрузка--емкость
X	U, усл.ед
1	94
5	30
10	74
15	96
20	38
25	70
30	96
35	46
40	66
45	96
50	96

 

2. Линия нагружена на резистор:

нагрузка--резистор
X	U, усл.ед.
1	16
5	64
10	32
15	50
20	80
25	38
30	50
35	81
40	40
45	48
50	86

3. Линия нагружена на индуктивность:

нагрузка--индуктивность
X	U, усл.ед
1	88
5	56
10	20
15	70
20	60
25	16
30	70
35	62
40	12
47,5	78
50	66

Вывод: В ходе работы были исследованы два типа длинных линий: воздушная и полосковая.

 Полученные результаты в целом совпадают с теоретически предсказанными. Хотя и имеются существенные отклонения. Например, не удалось значительно снизить КСВ путем согласования нагрузки с помощью шлейфа. Определенный результат, конечно, был получен, однако ожидалось, что снижение КСВ будет проявляться сильнее. Это связано с тем, что определение длины и места включения шлейфа выполняется с большой погрешностью. Вследствие незначительности снижения КСВ на рабочей частоте, производить исследование зависимости КСВ от частоте при подключенном шлейфе не имело смысла. Однако можно предположить, что зависимомть эта имеет вид кривой  с одним минимумом—в точке ω_раб. О том, что работа была выполнена в общем верно свидетельствует правильность определения эффективной диэлектрической проницаемости(при работе с полосковой линией),  соответствие КСВ=1 при работе с закороченной линией.