Режимы работы линий передачи

Допустим, к входу линии передачи длиной / подключен источник гармонического напряжения с частотой со и амплитудой U , а в конце линии имеется нагрузка сопротивлением z_h (рис. 2.10).

Рис. 2.10. Линия передачи

Режим бегущей волны

Если в линии отсутствует отраженная волна, то имеем режим бегущей волны.

Очевидно, что в любом сечении z линии передачи имеются колебания напряжения U (t) с одинаковой амплитудой U и колебания тока I (t) с неизменяющейся амплитудой.

с

Мгновенная фаза колебаний зависит от координаты.

Особенностью режима бегущей волны является постоянство сопротивления линии при любых г.

Получим выражение для средней по времени мощности колебаний в режиме бегущей волны.

Мгновенные значения напряжения и тока в линии.

Подставив эти выражения в (2.25), получим.

Режим стоячих волн

Допустим, что в линии имеется отраженная волна, амплитуда которой равна амплитуде падающей волны.

В этом случае напряжение в линии.

После некоторых преобразований получим.

В этом случае колебания напряжения в линии происходят синфазно, независимо от координаты х. Амплитуда колебаний изменяется вдоль линии по закону косинуса (рис. 2.11) в зависимости от х:

Можно получить аналогичные выражения для тока в линии.

или.

Амплитуда колебаний тока также меняется в зависимости от х (см. рис. 2.11).

Рис. 2.11. Распределение амплитуд колебаний напряжения и тока вдоль линии в режиме стоячей волны

Нетрудно заметить, что в линии имеются сечения, где амплитуда колебаний максимальна, она в два раза больше амплитуды источника. Эти сечения называются пучностями. В других сечениях колебания отсутствуют, это — узлы. Пучности (а также узлы) отстают друг от друга на расстояние, равноеу-.

Получим выражение для средней мощности колебаний в линии. С этой целью подставим в (2.25) выражения (2.26) и (2.27), в результате имеем Р_ср = 0. Итак, в режиме стоячих волн энергия вдоль линии не передается. Таким образом, этот режим для передачи радиоволн непригоден. Его применяют в резонаторах.

Режим смешанных волн

На практике в линии всегда присутствует отраженная волна, причем ее амплитуда U меньше амплитуды падающей U_m . Допустим, что й_отр = U , т. е. фаза напряжения отраженной волны ср_отр = 0. Комплексная амплитуда напряжения в линии.

Распределение амплитуды напряжений вдоль линии показано на рис. 2.12.

Рис. 2.12. Распределение амплитуды напряжения вдоль линии в режиме смешанных волн

В некоторых сечениях линии (пучностях) имеется усиливающая интерференция, когда падающая и отраженная волны складываются в фазе и амплитуда колебаний напряжения максимальна (С/_шах). В других сечениях (узлах) — гасящая интерференция, волны складываются в противофазе. Здесь амплитуда напряжений минимальна (U_min).