Назначение и параметры длинных линий

Передача энергии от генератора СВЧ к антенне и от антенны к приемнику осуществляется с помощью различных типов линий (фидеров). В качестве линий передачи СВЧ энергии в метровом диапазоне волн применяются двухпроводные линии (симметричные или коаксиальные), в сантиметровом – волноводы (полые металлические трубы круглого или прямоугольного сечения). Кроме того, отрезки двухпроводных линий и волноводов используются в качестве колебательных систем генераторов.

Простейшая двухпроводная линия представляет собой два параллельных проводника (слайд 13).

Точки, к которым подключен генератор, называют входом линии. Нагрузка подключена на противоположном конце линии и называется выходом. По одному из проводов течет ток к нагрузке, а по другому возвращается на генератор.

Линия называется длинной, если ее длина больше или соизмерима с длиной волны, а поперечные размеры линии, т.е. расстояние между проводами и толщина проводов, много меньше длины. В радиотехнике длину линии измеряют не обычными мерами, а длиной волны l/4, l/2, 3/4l, 3l и т.д.

Например, линия электропередачи длиной 100 км не считается длинной, так как при частоте 50 Гц длина волны составляет 6000 км, а линия, имеющая длину 1 м на частоте 3000 мГц, считается длинной, потому что длина волны в этом случае равна 10 см. Расчет длины волны ведется по формуле: ,

где С – скорость света, равная 3х10⁸ м/с.

Эквивалентная схема линии показана на рис. 2.2 (слайд 14).

Двухпроводная линия представляет собой электрическую цепь с распределенными параметрами, в которой каждый участок провода обладает емкостью, индуктивностью и активным сопротивлением. Эти параметры в линии распределены вдоль всего провода и называются погонными.

Элементарные индуктивности dL, емкости dC, сопротивления dR образуют ячейку линии.

Величины индуктивности L1 и емкости С1 ячейки зависят от конструкции линии. Чем больше поверхность проводов линии и меньше расстояние между ними, тем больше погонная емкость С1 и тем больше погонная индуктивность L1. Обычно погонная индуктивность имеет порядок единиц микрогенри на метр, а емкость – несколько пикофарад на метр.

Замена реальной линии цепью звеньев, состоящих из конденсаторов и катушек, оказалась полезной не только на эквивалентной схеме, но и в реальных условиях. Ряд физических процессов (заряд постоянным током, разряд через активное сопротивление, задержка импульсов) в цепи из конденсаторов и катушек протекает примерно так же, как и в реальной линии, если число звеньев не менее четырех.

Цепь, состоящую из сосредоточенных емкостей и индуктивностей, называют искусственной линией. (слайд 15).

Искусственная линия широко используется для формирования импульсов напряжения прямоугольной формы и для задержки импульсов. Чем больше число звеньев и чем меньше индуктивность и емкость каждого звена искусственной линии, тем ближе она к реальной. В практике используются линии с числом звеньев от 4 до нескольких десятков.