Режим стоячих хвиль.

РСХ - це такий режим, при якому в хвилеводі назустріч один одному поширюються дві бігучих хвилі з рівними амплітудами. Він встановлюється в тому випадку, коли передана енергія не споживається в навантаженні.

При цьому відбувається повне відбиття від навантаження (Uотр=Uвідб), по цьому Г=1, К_б=0, Kc=∞.

Який повинна бути навантаження, щоб уся ЕМЕ падаючої хвилі відбилася від її?

Згадаємо процеси, що відбуваються при падінні плоскої ЕМХ на границю роздягнула ідеальний діелектрик - ідеальний провідник. У цьому випадку від границі відбувалося повне відбиття. Якщо на вихід хвилеводного тракту чи якого-будь відрізка хвилеводу помістити аналогічний металевий екран, то, очевидно, уся ЕМЕ також відіб'ється від нього. Отже, першим навантаженням, що забезпечує РСХ, є металевий екран, а в більш широкому змісті - хвилеводне навантаження, закорачивающее вихід хвилеводу.

У цьому випадку Zh=0 і з формули (3.12) випливає, что Г=1.

РСХ виникає також, якщо навантаження має реактивний характер (Zн=jXн).

У лінії передачі з Т- хвилею режим, стоячих хвиль установлюється при розриві хвилеводу ("холостий хід"), Z_Н = . Для Е- і Н- хвиль "холостого ходу" не може бути, тому що в цьому випадку відкритий кінець хвилеводу інтенсивно випромінює енергію.

Основні властивості режиму аналогічні у всіх трьох випадках. Розглянемо короткозамкнутую передавальну лінію.

3.1.9.1. Режим стоячих хвиль а короткозамкнутом хвилеводі.

Якщо Zh=0, то Uн=0. Тому з (3.9) і (3.10) одержимо: U=jZх Iн sin хz,

I=Iн cos хz. Звідси знайдемо миттєві значення:

U=jZх Iн sinbхz cos(wt+y+p/2)

I=Iн cosbхz cos(wt+y)

Вхідний опір знайдемо з (3.15). При Zh=0 одержимо

Z=jZх tgbхz (3.19)

Відповідно до рівнянь (3.18) і (3.19) побудуємо графіки залежності амплітуд U, I і опору Z від подовжньому координати (рис. 3.13).

Ці рівняння і графіки дозволяють сформулювати основні властивості режиму стоячих хвиль.

1. фаза коливань j=wt+y не залежить від відстані (стоїть) тобто в лінії передачі немає хвильового процесу, енергія не передається. Фаза змінюється тільки стрибком на величину p у перетинах з нульовою амплітудою.

2. Амплітуди напруги і токи змінюються уздовж хвилеводу по гармонійному законі, що викликано інтерференцією падаючої і відбитої хвиль. Є перетини вузлів (нулів) і пучностей (подвоєних значень) напруги і струму. Вузлу напруги відповідає пучність струму і навпаки:

Umin = Uпад – Uвідб = 0; Imax = Iпад + Iвідб = 2 Iпад;

Umax = Uпад + Uвідб = 2 Uпад; Imin = Iпад - Iвідб = 0;

Відстань між перетинами вузлів (пучностей) дорівнює lх/2 а вузол від пучності розташований на відстані lх/4.

3. Струм і напруга зрушені по фазі на 90°, отже, у лінії передачі є тільки реактивна потужність, відбувається коливальний процес. При цьому сусідні четвертьхвильові відрізки лінії енергетично між собою не зв'язані, тому що в перетинах вузлів чи Н=0, чи Е=0, тому П=0.

4. Опір у перетинах лінії реактивне і змінюється від -∞ до +∞. Знак опору змінюється в перетинах вузлів і пучностей, тобто через відстань lх/4.

3.1.9.2. Режими стоячих хвиль при реактивному навантаженні і "холостому ході".

РСХ при реактивних навантаженнях можна розглядати, також як і при короткому замиканні, на основі рішень телеграфних рівнянь. Однак простіше скористатися штучним прийомом заміщення навантаження еквівалентним відрізком короткозамкнутой лінії передачі.

З графіка опір для короткозамкнутой лінії видно, що відрізок довжиною 0< l <lх/4 має індуктивний вхідний опір, якщо ж lх/4< l <lх/2 той вхідний опір має ємнісний характер.

Якщо, наприклад, замість короткозамкнутого відрізка довжиною l <lх/4 уключити котушку індуктивності з опором X_L=jwL=Zвх, то режим у лінії передачі не зміниться. Тому, лінію передачі довжиною l, навантажену на індуктивний опір можна розглядати як короткозамкнутую лінію довжиною l е = l + lе_L (рис. 3.14).

Величину lэ_L знайдемо з умови

Zвх = jZх tgbх lе_L = jwL.

Отже

Аналогічно конденсатор можна замінити відрізком лінії довжиною (рис. 3.15)

Дата добавления: 2015-11-14