Собственные колебания двухпроводной линии
Для того чтобы в двухпроводной линии могли возникнуть стоячие волны, длина электромагнитной волны должна иметь определенные значения, зависящие от длины линии. Пусть линия длиной 
разомкнута на обоих концах. Мы знаем, что на концах такой линии всегда должны быть расположены пучности напряжения (электрического поля) и узлы тока (магнитного поля). Поэтому в линии будут возможны только такие стоячие волны, которые удовлетворяют этим условиям на границе. А для этого, очевидно, необходимо, чтобы длина волны 
удовлетворяла соотношению:
. (46)
Так как длина волны 
, частота колебаний 
и скорость электромагнитной волны 
связаны между собой соотношением 
, то из (46) можно найти частоты 
различных стоячих волн:
. (47)
Формулы (45) и (46) мы получим и в том случае, если оба конца линии будут замкнуты проводящим мостиком. Различие будет заключаться лишь в том, что во втором случае на концах линии будут находиться пучность напряжения (а не пучности) и пучности тока (вместо узлов).
Положим теперь, что линия замкнута проводящим мостиком на одном из концов. В этом случае на замкнутом конце линии всегда будет находиться пучность напряжения (и узел тока), а на замкнутом – узел напряжения (и пучность тока).
Поэтому в линии будут возможны волны только такого типа, длина которых удовлетворяет условию:
(48)
Так как 
, то частота этих стоячих волн равна
. (49)
Сравнивая (47) и (49), видим, что частоты колебаний в обоих случаях получаются различными. Частота основного колебания ( 
) в первом случае (оба конца разомкнуты) равна – 
, а во втором (один конец разомкнут) – 
, т.е. при замыкании одного из концов частота основного колебания уменьшается в два раза.
Таким образом, в ограниченной двухпроводной линии возможны только определенные стоячие волны, которые удовлетворяют условиям на границах линии. Эти стоячие волны суть собственные колебания линии иначе называемые нормальными колебаниями. Формулы (47) и (49) показывают, что собственные колебания имеют разрывный характер (дискретный) набор частот (спектр частот).
Чтобы возбудить в линии одно из собственных колебаний, генератор, питающий линию, должен иметь частоту, совпадающую с одной из собственных частот линии . Если же это условие не будет выполнено, то различные волны, отраженные от концов линии, складываясь друг с другом (интерферируя), дадут изменяющиеся и сложные колебания, а устойчивой стоячей волны не получится.
Практическая часть
Стоячие электромагнитные волны легко получить на опыте. Связь между линией и генератором можно сделать индуктивной. Для этого конец линии замыкают небольшим числом витков проволоки (один – два) и помещают их вблизи катушки колебательного контура лампового генератора (рис.5).
Рис. 5. Индуктивная связь двухпроводной линии с генератором.
Возникающая в витках линии э.д.с. взаимной индукции вызывает на конце линии колебание тока (и магнитного поля), которые, дают начало электромагнитной волны.
Система, состоящая из источника электромагнитных колебаний двухпроводной линии и приемника электромагнитных волн, часто называется лехеровой системой по имени ученого Лехера, впервые ее осуществившего.
В настоящей лабораторной работе источником электромагнитных колебаний служит генератор УВЧ (ультра высоких частот), собранный по 2 – тактной схеме на 2-х лампах СП – 7 (двойной триод). Оба анода каждой лампы соединены параллельно.
Колебательный контур генератора состоит из П – образного витка и межэлектродных емкостей (анод – сетка) обеих ламп. Чтобы высокочастотные колебания контура не возбудили вынужденных колебаний в других частях схемы, что вызвало бы большие потери энергии, колебательный контур отделен от остальных частей генератора дросселями, оказывающими значительное реактивное сопротивление току высокой частоты. Полезная мощность генератора не превышает 5 Вт. Генератор имеет фиксированную частоту. Питается УВЧ – генератор от выпрямителя ВУП.
Двухпроводная линия натянута между противоположными стенами лаборатории. На одном конце линия замкнута. Она находится в индуктивной связи с генератором и настроена в резонанс с ним.
Измерения распределения амплитуд тока и напряжения вдоль линии производится индикаторами, схемы которых изображены на рис. 6 и 7.
Рис. 6. Индикатор амплитуды тока. Рис. 7. Индикатор амплитуды напряжения.
Виток связи прибора рис. 6. ориентируется перпендикулярно к направлению магнитного поля 
. Э.Д.С. индукции, наводимая в нем высокочастотным магнитным полем , будет пропорциональна амплитуде тока в том сечении линии, около которого расположен виток связи. Но токоизмерительный прибор в цепи измерительного витка включен через детектор, вольтамперная характеристика которого нелинейная. Используемый участок характеристики соответствует квадратичной зависимости силы тока от Э.Д.С., поэтому показания токоизмерительного прибора будут в свою очередь пропорциональны квадрату амплитуды напряженности магнитного поля, пронизывающего виток, и соответственно квадрату амплитуды силы тока в двухпроводной линии.
Индикатор амплитуды представляет собой проводящий стержень, в разрыв которого включена лампа накаливания.
Система Лехера может служить волномером, прибором, измеряющим длину волны.
Дата добавления: 2015-12-16; просмотров: 1982;