|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Телеграфное уравнение в дифференциальной форме.Стр 1 из 5Следующая ⇒
Линии передач. Введение. Типы линий. Линия передачи (л.п.) – устройство, передающее СВЧ-энергию от одного участка цепи к другому. Рис.1. где ПРД – передатчик, С – смеситель, ПРМ – приемник. Длинная линия – эта такая линия передачи, для которой выполняется критерий длинной линии. Ее длинна сравнима с длинной волны, передающей СВЧ энергию. Критерий длинной линии: Виды линий передач.
Все типы линий по конструкции можно поделить на симметричные (1, 2, 3, 5, 6) и не симметричные (4, 7). Вне зависимости от конструкции любую л.п. можно представить в виде двухпроводной линии с распределенными параметрами. Эквивалентная схема л.п. Эквивалентная схема позволяет изобразить любую линию передачи. Рис.2. Для сравнения л.п. между собой вводятся погонные параметры.
В реальных линиях происходят потери энергии. Это обусловлено наличием R и G. Если потерь в линии нет, она называется идеальной. Критерий идеальной линии: Телеграфное уравнение в дифференциальной форме. Телеграфное уравнение (ТУ) – это характеристика распределения напряжения, тока и сопротивления вдоль л.п. Для вывода телеграфных уравнений рассмотрим дифференциально малый участок л.п. и воспользуемся законом Ома. Рис.3.
Первое телеграфное уравнение:
Физический смысл: падение напряжение на участке dx происходит за счет протеканию тока по последовательно включенному погонному сопротивления Z1. Второе телеграфное уравнение:
Физический смысл: уменьшение тока на участке dx происходит ха счет его ответвления в параллельно включенную … проводимость Y1. Телеграфное уравнение обладает преимуществом перестановочной двойственности, которая заключается в том, что для перехода от первого уравнения ко второму достаточно выполнить замену: Волновое сопротивление. Для отыскания A1; A2; B1; B2 воспользуемся ТУ в дифференциальной форме.
Получим выражение для которого бессмысленны дальнейшие преобразования. Если целью является выражение конкретной величины:
W – волновое сопротивление, может быть представлена через точные параметры
Из последнего выражения очевидно, что волновое сопротивление зависит от параметров линии и параметров волны. Волновое сопротивление реальной линии является комплексной величиной. Для идеальной линии передачи выполняется критерий идеальной линии, поэтому: Рассмотрим в качестве линии передачи воздушную среду (ее параметры аналогичны параметрам свободного пространства).
Вывод: 1. Волновое сопротивление свободного пространства 2. В свободном пространстве могут распространятся электромагнитные волны, содержащие напряженность электрического и магнитного полей. Направление распространения характеризуется вектором Пойтинга при ортогональном распространении векторов Рис.5. 3. 4. Волна типа TEM распространяется в своем пространстве без затуханий. Характер волнового сопротивления – чисто автовное. Металлические изоляторы. Отрезки линий, короткозамкнутая или разомкнутая, могут использоваться в качестве металлических изоляторов (обычно используются короткозамкнутые отрезки). Рис.16. При добавлении к двухпроводной линии бесконечно большого числа отрезков четвертьволновой короткозамкнутой линии получаем конструкцию, эквивалентную прямоугольному волноводу (видь входное сопротивление каждого отрезка равно Рис.17. Узкие стенки прямоугольного волновода являются эквипотенциальными поверхностями ( Форму волновода можно изменить. Рис.18. Если форму изолятора выполнить по окружности, получим круглый волновод. Если ширину узкой стенки устремить к нулю, но металлические изоляторы выполнять прямолинейно, в сечении волновода получим ромб. В качестве металлического изолятора можно использовать линию разомкнутую на конце, но длинна такого отрезка линии должна составлять Рис.19. В таком случае, в качестве направляющей системе выступает пара параллельных пластин шириной Антенны. Лекция. 7. АЧХ антенны. АЧХ антенны – это зависимость напряженности электрического поля в главном направлении от частоты при неизменной мощности на входе. Рис. 1 – АЧХ, соответствующая узкополосным антеннам (антенна типа диполь); 2 – АЧХ, соответствующая широкополосным антеннам (например, поверхностные антенны); 3 – АЧХ, соответствующая сверхширокополосным или частотно-независимым антеннам (например, логопериодическая антенна). 8. Коэффициент направленного действия (КНД, D). КНД – отношение квадрата напряженности поля, создаваемого антенной в данном направлении, к среднему (по всем направлениям) квадрату напряженности поля.
КНД существует для плоскостей E и H, значение 9. Коэффициент усиления антенны (G, КУ, Рис.
Коэффициент усиления – это тоже самое, что КНД, но с учетом КПД. 10. Шумовая температура. Эта характеристика является дополнительным свойством приемных антенн. Причиной шумов являются объекты на земле и в космосе, помехи на пути приема сигнала (ветки деревьев), электромагнитное излучение (ЭМИ) вызванное деятельностью человека, элементы самой антенны (антенна является проводником с температурой выше 0 К, антенна может быть выполнена из разнородных материалов и так далее). Шумовая температура измеряется в Кельвинах [К] и соответствует температуре резистора, который создавал бы такой же уровень шума на входных зажимах. При использовании параболической антенны диаметром 90 см в диапазоне Кu (телевизионный спутниковый диапазон) при угле эливации 30° шумовая температура составит порядка 30 К. Излучение антенны типа диполь (линейный симметричный вибратор, ЛСВ). ЛСВ – проводник, в середину которого вводится ЭДС, причем длинна проводника сравнима с длинной волны, а диаметр много меньше. Рис. l – длина плеча, при этом Условие Рис. Выделим симметричные элементы на двух плечах. Можно считать, что между ними существует распределенная емкость. При включении генератора по проводнику будет протекать ток проводимости, а по распределенным емкостям ток смещения. Вышеуказанные токи замыкаются через генератор. Распределенные токи подчиняются уравнению Максвелла. Токи, протекающие непосредственно по плечам попадают под условия В соответствии с уравнениями Максвелла около протекающих токов будет образовываться замкнутое магнитное поле, порождающее замкнутое электрическое поле. Выводы: описанное электромагнитное поле является излучением антенны типа диполь. Плоскость, в которой располагается электрическое поле называется Е-плоскость, а перпендикулярное к ней – H -плоскость. Рупорная антенна. Работают совместно с отрезком прямоугольного волновода, котором распространяется волна Рис. Е-плоскость – плоскость, в которой располагается электрические поле, а перпендикулярное к ней H-плоскость. В соответствии с ориентацией электромагнитного поля рупоры делят на три типа: Е-секториальное, H-секториальное, комбинация двух предыдущих. Е-секториальный рупор – это конструкция, для которой размер b факсирован, а размер a увеличивается по сравнению с волноводом. Для H-сектираильного строго наоборот – a зафиксирован, b увеличивается. Рис. Фронты зон: 1 – точка, 2 – цилиндр, 3 – сфера, 4 – плоскость. Распределение полей в рупорах подчиняется условиям: электрическое поле перпендикулярно стенкам рупора, а магнитное поле – тангенциально. Следовательно, электрическое поле замыкается на стенках рупора, а магнитное поле – огибает их. В рупорной антенне происходит изменение фронта волны. Плоский фронт до фазового центра превращается в цилиндрический в рупоре, затем в сферический вблизи раскрыва, и снова в плоский при достижении дальней зоны. В прямоугольном волноводе, как и в любой направляющей системе длина волны, волновое сопротивление и фазовая скорость зависят от поперечных размеров волновода.
Вывод: Отсюда следует, что с увеличением a или b, или a и b одновременно 1. Так как 2. Рис. В рупоре происходит уменьшение фазовой скорости, следовательно, рупор замедляет электромагнитное поле, следовательно, антенна выступает в качестве замедляющей системы. Параболические антенны. Рис. Если справедливы принципы геометрической оптики ( На практике облучателем может выступать рупорная антенна или диполь с длинной волны Зеркала параболической антенны различаются в зависимости от положения фокуса. 1. Короткофокусное (фокус находится между зеркалом и раскрывом); 2. Длиннофокусные (фокус вне раскрва). Рис. В длиннофокусных антеннах уменьшается уровень вторичных наведенных токов проводимости, из-за чего снижается уровень боковых лепестков. Поэтому, длиннофокусные антенны являются более предпочтительными. Чем равномернее распределенное поле в раскрыве, тем КПД выше и КНД тоже выше. Линии передач. Введение. Типы линий. Линия передачи (л.п.) – устройство, передающее СВЧ-энергию от одного участка цепи к другому. Рис.1. где ПРД – передатчик, С – смеситель, ПРМ – приемник. Длинная линия – эта такая линия передачи, для которой выполняется критерий длинной линии. Ее длинна сравнима с длинной волны, передающей СВЧ энергию. Критерий длинной линии: Виды линий передач.
Все типы линий по конструкции можно поделить на симметричные (1, 2, 3, 5, 6) и не симметричные (4, 7). Вне зависимости от конструкции любую л.п. можно представить в виде двухпроводной линии с распределенными параметрами. Эквивалентная схема л.п. Эквивалентная схема позволяет изобразить любую линию передачи. Рис.2. Для сравнения л.п. между собой вводятся погонные параметры.
В реальных линиях происходят потери энергии. Это обусловлено наличием R и G. Если потерь в линии нет, она называется идеальной. Критерий идеальной линии: Телеграфное уравнение в дифференциальной форме. Телеграфное уравнение (ТУ) – это характеристика распределения напряжения, тока и сопротивления вдоль л.п. Для вывода телеграфных уравнений рассмотрим дифференциально малый участок л.п. и воспользуемся законом Ома. Рис.3.
Первое телеграфное уравнение:
Физический смысл: падение напряжение на участке dx происходит за счет протеканию тока по последовательно включенному погонному сопротивления Z1. Второе телеграфное уравнение:
Физический смысл: уменьшение тока на участке dx происходит ха счет его ответвления в параллельно включенную … проводимость Y1. Телеграфное уравнение обладает преимуществом перестановочной двойственности, которая заключается в том, что для перехода от первого уравнения ко второму достаточно выполнить замену: |
Последнее изменение этой страницы: 2019-03-30; Просмотров: 166; Нарушение авторского права страницы
, где 
- длинна волны, l – длинна линии. Если критерий выполняется, значит линия длинная.
; 
; 
; 
- последовательно включенное погонное сопротивление
- параллельно включенная погонная проводимость.
, 
.
- действительная величина, зависящая от реактивных параметров линии передачи, и не зависящая от параметров волны.
.
.
).
). Следовательно, поперечных токов по широкой стенке не при каких условиях не возникает. Однако, в прямоугольном волноводе возникают продольные токи, переносящие энергию. При изменении длинны волны входное сопротивление каждого изолятора становится реактивным (индуктивным или емкостным), однако потребление энергии снова не происходит. Таким образом, волновод является широкополосной системой.
.
.
(По сути, сравнение мощностей).
и 
могут отличаться, результирующий КНД будет вычисляться как среднегеометрическое 
. КНД сравнивает данную антенну с изотропной (показывает выигрыш) без учета КПД.
). КУ – отношение мощности, подводимой к данной антенне, к мощности, подводимой к ненаправленной антенне, при условии поучения одинаковой напряженности поля в данной точке пространства.
и 
.
исключает из рассмотрения излучения с поверхности, то есть диполь является линейным излучателем.
и в расчетах не участвуют.
.
возрастает. При этом 
устремляется к 
, 
в рупоре постепенно уменьшается устремляясь к 
, он выполняет функцию согласующего элемента между свободным пространством и прямоугольным волноводом. Коэффициент отражения Г: 
. Рупор позволяет уменьшить коэффициент отражения до нескольких процентов.
) все лучи, выходящие из фокуса к зеркалу становятся параллельно друг другу за фокальной плоскостью. Ближней зоной для такой антенны является область пространства от зеркала до фокальной плоскости (в этой области происходят интерференционные процессы). Электромагнитное поле идущее от облучателя к зеркалу является первичным. Зеркало является проводником, поэтому под действием первичного поля по зеркалу начинают протекать токи проводимости. Они являются источниками вторичного электромагнитного поля, которое интерферирует в ближней зоне. В качестве облучателя в идеальном случае должен быть точечный излучатель: изотропный, генерирующий сферический фронт волны.
, создающее в плоскости H сферический фронт волны.