Режимы работы двухпроводной линии

В общем случае в двухпроводной линии будут распространяться обе волны: прямая и отраженная. Наличие встречных волн приведет к их интерференции и в зависимости от соотношения амплитуд в линии будет либо стоячая волна, либо бегущая, либо волна смешанного типа.

Разомкнутая линия

Если концы линии разомкнуты, т. е. сопротивление нагрузки равно бесконечности, то из (78.11) следует, что коэффициент отражения от конца линии равен единице. При отсутствии потерь амплитуды прямой и отраженной волн оказываются одинаковыми, и в линии возникает стоячая волна напряжения и тока. На конце линии прямая и обратная волны напряжения складываются в фазе ( ) и образуется пучность напряжения. При этом амплитуда напряжения в пучностях, которые расположены на расстоянии друг от друга, в два раза превышает амплитуду напряжения источника.

Сила тока на разомкнутых концах линии равна нулю, т. е. в конце линии образуется узел волны тока. Волны напряжения и тока сдвинуты относительно друг друга по фазе на . На рисунке 79.1 приведены графики изменения напряжения и силы тока по длине линии.

Короткозамкнутая линия

Если концы длинной линии накоротко замкнуты, т. е. , то из (78.11) следует, что коэффициент отражения от конца линии будет равен минус единице. В отсутствие потерь прямая и отраженная волны напряжения так же, как и в предыдущем случае, имеют одинаковые амплитуды и образуют стоячую волну, но на конце линии будут в противофазе, поэтому там образуется узел стоячей волны напряжения. Волна силы тока сдвинута по фазе на и в конце линии имеется пучность, т. е. сила тока принимает максимальную амплитуду. Распределение напряжения и силы тока по длине линии приведено на рисунке 79.2.

Рассмотренные режимы разомкнутой и короткозамкнутой линий характеризуют предельные случаи, когда соответственно и . На практике сопротивление нагрузки всегда имеет некоторое конечное значение, однако из анализа этих предельных режимов можно сделать общий вывод: если сопротивление нагрузки значительно отличается от волнового сопротивления двухпроводной линии ( либо ), то в линии возникает стоячая волна и передача энергии от источника к потребителю практически не происходит.Для того чтобы осуществить эффективную передачу энергии в нагрузку, необходимо исключить отражение от концов линии и обеспечить режим бегущей волны.

Режим бегущей волны (режим согласованной нагрузки)

Если сопротивления источника и нагрузки равны волновому сопротивлению двухпроводной линии, то коэффициенты отражения и равны нулю и в линии будет распространяться от источника к нагрузке бегущая волна. В этом случае вся мощность, расходуемая источником (за исключением потерь в линии), будет передаваться в нагрузку. Этот режим работы называется режимом согласованной нагрузки, или режимом бегущей волны. Таким образом, для наиболее эффективной передачи энергии по двухпроводной линии необходимо согласование выходного сопротивления источника и входного сопротивления нагрузки с волновым сопротивлением линии. Обычно для обеспечения этого режима приходится подбирать именно сопротивления источника и нагрузки, так как волновое сопротивление линии зависит от конструктивных параметров, а номенклатура промышленно выпускаемых проводов и кабелей ограничена.

В общем случае, когда не обеспечивается ни один из рассмотренных режимов, в двухпроводной линии будут существовать смешанные волны, представляющие собой суперпозицию бегущей и стоячей волн.

С увеличением частоты эффективность передачи энергии и информации по двухпроводной линии снижается за счет увеличения потерь на выделение тепла и излучение электромагнитных волн. В СВЧ-диапазоне при частотах Гц и выше передача энергии осуществляется не током проводимости, а переменными электрическим и магнитным полями по волноводам.