Режим смешанных волн

Режимы бегущих и стоячих волн представляют собой два предельных случая, в одном из которых амплитуда отраженной волны во всех сечениях линии равна нулю, а в другом — амплитуды падающей и отраженной волн во всех сечениях линии одинаковы. В остальных случаях в линии имеет место режим смешанных волн, который можно рассматривать как наложение режимов бегущих и стоячих волн. В режиме смешанных волн энергия, передаваемая падающей волной к концу линии, частично поглощается нагрузкой, а частично отражается от нее, поэтому амплитуда отраженной волны больше нуля, но меньше амплитуды падающей волны.

Как и в режиме стоячих волн, распределение амплитуд напряжений и тока в режиме смешанных волн (рис.10) имеет четко выраженные максимумы и минимумы, повторяющиеся через λ /2. Однако амплитуды тока и напряжения в минимумах не равны нулю.

Рис.10. Распределение амплитуд напряжения (а) и тока (б) вдоль линии в режиме смешанных волн при чисто резистивной нагрузке (R _н > R _в)

5) Кабельные и воздушные линии связи на основе металлических проводников. Область применения, основные конструктивные и электрические параметры.

На коротких, метровых и отчасти дециметровых волнах применяются воздушные двухпроводные (реже четырехпроводные) линии и радиочастотные кабели. При переходе к сантиметровым и более коротким волнам указанные линии передачи становятся непригодными. Открытые линии непригодны из-за того, что расстояние между проводами становится соизмеримым с длиной волны и линии начинают заметно излучать. Отметим, что экранированные линии не имеют излучения.

Проводники выполняются, в основном, из биметаллической сталемедной (сталеалюминевой) проволоки. Внутренний диаметр стальной проволоки обычно составляет 1.2...4 мм, толщина внешнего слоя меди (алюминия) - 0.04...0.2 мм. Проволока подвешивается на деревянных или железобетонных опорах с помощью фарфоровых изоляторов. Используемый частотный диапазон ВЛС не превышает 150 кГц.

В простейшем случае проводная ЛС - физическая цепь, образуемая парой металлических проводников. Кабельные ЛС (кабели связи) образованы проводами с изоляционными покрытиями, помещенными в защитные оболочки.

По конструкции и взаимному расположению проводников различают симметричные (СК) и коаксиальные (КК) кабели связи (Рис. 5.1).

Воздушные ЛС (ВЛС) не имеют изолирующего покрытия между проводниками, роль изолятора играет слой воздуха. Из воздушных линий наиболее распространенными являются двухпроводные линии

По конструкции и взаимному расположению проводников различают симметричные (СК) и коаксиальные (КК) кабели связи

6) Направляющие системы электросвязи на основе коаксиального кабеля. Типы коаксиального кабеля. Особенности конструктивного исполнения и основные электрические характеристики.

Рис. 5.5. Пример конструкции кабеля (кабель КМБ-8/7)

7) Направляющие системы электросвязи на основе волноводов прямоугольного и круглого сечения. Типы электромагнитного поля в волноводе. Особенности конструктивного исполнения и способы возбуждения волноводов.

В волноводе возможны различные структуры (типы) электромагнитного поля. На рис. 2.7 для примера показана структура поля для некоторого момента в наиболее широко применяемом прямоугольном волноводе при распространении в нем волны типа H ₁₀.

Рис. 2.7. Прямоугольный волновод (а) и структура поля в нем при волне типа Н ₁₀: в плоскостях xoy (б); xoz (в); yoz (г)

Для возбуждения волн внутрь волновода обычно помещается небольшой проводник — «штырек», располагаемый перпендикулярно широкой стенке волновода.

8) Направляющие системы электросвязи на основе полосковых, микрополосковых и щелевых линий. Особенности конструктивного исполнения и основные электрические характеристики.

Различают два основных типа полосковых линий: симметричные и несимметричные.

Симметричная линия выполнена в виде узкой металлической полоски, расположенной между двумя экранирующими пластинами и изолированной от них диэлектриком. Несимметричная линия выполнена в виде металлической полоски, расположенной над экранирующей пластиной и изолированной от нее диэлектриком.

В симметричной полосковой линии ток одного направления проходит по центральной полоске, а обратно — по внутренней поверхности экранирующих пластинок, соединенных параллельно в начале линии. Картина поля в такой линии напоминает картину поля в линии провода с прямоугольным (замкнутым) экраном, и по ней распространяются поперечные электромагнитные волны типа Т.

Картина поля в несимметричной полосковой линии напоминает поле соответствующего проводника над бесконечным плоским экраном или поле в полупространстве соответствующей двухпроводной симметричной линии с расстоянием между проводниками, равным двойному расстоянию от провода до экрана. В указанной полосковой линии распространяются волны, близкие к волнам типа Т. При малом расстоянии (по сравнению с длиной волны) между металлической полоской и экранирующей пластиной вся энергия распространяющейся волны сосредоточена в непосредственной близости от проводящей полоски.

9) Согласование линии передачи с нагрузкой. Преимущества режима бегущих волн. Методы согласования линии передачи с нагрузкой.

Режим бегущей волны обладает рядом преимуществ. Во-первых, при достаточно высоком К _бвв линии ее входное сопротивление, являющееся нагрузкой для генератора, имеет значительную активную составляющую и мало зависит от длины линии. Это обеспечивает нормальную работу генератора.

Кроме того, КПД в линии с потерями получается максимальным в случае бегущей волны, что делает возможным передачу максимальной мощности в нагрузку. На рис. 2.8 показана принципиальная схема получения бегущей волны в линии, нагруженной на конце сопротивлением Z_a, не равным волновому сопротивлению линии Z_в.

Рис. 2.8. Принципиальная схема получения бегущей волны в линии

Между нагрузкой и линией включается переходное устройство, которое может обеспечивать согласование по одному из следующих методов: согласование по методу В. В. Татаринова с помощью реактивного сопротивления; методу ступенчатых и плавных переходов; методу поглощения отраженной волны.

Наиболее простой и удобный метод согласования на одной частоте (или в узкой полосе частот) разработал в 1931 г. проф. В. В. Татаринов. По этому методу на некотором определенном расстоянии от конца линии (от нагрузки), где активная составляющая проводимости линии равна волновой, включается параллельно линии, реактивное сопротивление, компенсирующее реактивную составляющую проводимости линии.

10) Симметрирующие устройства, используемые при соединении коаксиального кабеля и двухпроводной линии.

Непосредственное присоединение коаксиального несимметричного кабеля к симметричной двухпроводной линии (или антенне) нарушает симметрию токов в последней и приводит к появлению тока на наружной поверхности экрана коаксиала, что недопустимо, так как приводит к излучению фидерной линии.

Поэтому для соединения коаксиального фидера с симметричной линией (или антенной) применяются специальные переходные устройства, называемые симметрирующими.

Симметрирующее устройство может быть разных типов: трансформаторное, фазоинверторное, в виде симметрирующей щели, дроссельное и др.

Рис. 2.10. Симметрирующее устройство в виде трансформатора

Рис. 2.11. Симметрирующее устройство типа «U -колено»

Рис. 2.12. Дроссельное симметрирующее устройство (типа «четвертьволновой стакан»)

11) Определение кабеля «витая пара». Разновидности технологии витой пары, экранирование проводников.

Вита́я па́ра (англ. twisted pair) — вид кабеля связи, представляет собой одну или несколько пар изолированных медных проводников, перевитых вокруг друг друга (с небольшим числом витков на единицу длины), покрытых пластиковой оболочкой.

Технология витой пары имеет несколько разновидностей в зависимости от наличия защиты — электрически заземлённой медной оплетки или алюминиевой фольги вокруг скрученных пар:

· незащищенная витая пара (UTP — Unshielded twisted pair) - какие-либо защита или экранирование отсутствуют;

· фольгированная витая пара (FTP — Foiled twisted pair также известна как S/UTP) —присутствует один общий внешний экран;

· защищенная витая пара (STP — Shielded twisted pair) — присутствует экран для каждой пары;

· фольгированная экранированная витая пара (S/FTP — Shielded Foiled twisted pair) — отличается от FTP наличием дополнительного внешнего экрана из медной оплетки;

· защищенная экранированная витая пара (S/STP — Screened shielded twisted pair) — отличается от STP наличием дополнительного общего внешнего экрана.

Экранирование обеспечивает лучшую защиту от электромагнитных наводок как внешних, так и внутренних.

12) Кабель витая пара. Физические процессы в кабеле и характеристики витой пары: сбалансированность, волновое сопротивление, погонное затухание.

Сбалансированность пары является фактически определяющей характеристикой качества кабеля, поскольку влияет на большинство других его свойств. Дело в том, что электромагнитное (Electro Magnetic - EM) поле наводит электрический ток в проводниках и образуется вокруг проводника при протекании по нему электрического тока. Взаимодействие между EM-полями и токонесущими проводниками может оказывать отрицательное воздействие на качество передачи сигнала. В обоих же проводниках сбалансированной пары электромагнитные помехи (em1 и em2) наводят одинаковые по амплитуде сигналы, (S1 и S2) находящиеся в противофазе. За счет этого суммарное излучение "идеальной пары" стремится к нулю.