Анализ работы длинной линии

2.1. Цель работы

Исследование работы длинной линии в среде PSpice.

2.2. Краткие теоретические сведения

Длинная линия – линия передачи электрического сигнала, длина которой соизмерима с длиной волны, передаваемого сигнала.

Коэффициент стоячей волны КСВ – коэффициент, характеризующий степень согласования линии с нагрузкой

, (2.1)

где Umax и Umin – максимальное и минимальное значения напряжения вдоль линии при входном гармоническом сигнале.

Коэффициент отражения К

. (2.2)

Волновое сопротивление линии определяется через отношение напряжений и токов падающих или отраженных волн

(2.3)

и через погонные индуктивность и емкость линии

. (2.4)

Входное сопротивление длинной линии при холостом ходе

. (2.5)

Входное сопротивление длинной линии при коротком замыкании

, (2.6)

где l – длина линии; l – длина волны.

Коэффициент распространения g = a + jb,

где a – коэффициент затухания, b – коэффициент фазы.

2.3 Задание к лабораторной работе

2.3.1. Из таблицы 2.1. согласно варианту задания выбрать геометрическую длину линии L и ее волновое сопротивление Z_В.

Варианты заданий

Таблица 2.1

№ варианта
L, м	0.5	0.6				0.5	0.6
ZВ, Ом

2.3.2. Вычислить наибольшую частоту входного сигнала F, при которой на длине линии L укладывается одна волна.

2.3.3. Провести исследование длинной линии в следующих режимах:

– при согласованной нагрузке, R_H = Z_В;

– при коротком замыкании, R_H = 0;

– при холостом ходе, R_H = µ;

– при R_H < Z_В;

– при R_H > Z_В.

В результате исследования должны быть получены следующие характеристики и параметры длинной линии каждого режима:

– зависимость входного напряжения от длины линии U _ВХ(l);

– зависимость входного тока от длины линии I _ВХ(l);

– зависимость полного входного сопротивления линии от ее длины Z _Л(l) (только для первых трех режимов);

– коэффициент стоячей волны КСВ и коэффициент отражения К_О;

– мощность, выделяемая на нагрузке S₂.

где R_H – сопротивление нагрузки, l – волновая длина линии на некоторой частоте f. В нашем случае 0 < l £ 1, поскольку 0 < f £ F. Величина l показывает число волн, умещающихся на линии при ее геометрической длине L.

Замечание: Построение выше указанных характеристик выполняется в режиме.АС в диапазоне частот от 0.01F до F. Такой подход оправдан наличием равномерной АЧХ модели длинной линии и использованием активной нагрузки. При этом ось абсцисс следует рассматривать не как ось частот, а как ось длины линии (наибольшей частоте F соответствует длина L, а нулевой частоте – начало линии).

2.3.4. Определить время задержки t_З по ФЧХ длинной линии при согласованной нагрузке.

2.3.5. Подать на вход длинной линии одиночный импульс длительностью t = 0.2×t_З. Получить осциллограммы напряжения на входе и выходе длинной линии при согласованной нагрузке. Измерить время задержки t_З.

2.3.6. Повторить п.2.3.5. при несогласованной нагрузке. Объяснить полученные осциллограммы.

2.3.7. Составить описание исследуемой линии на внутреннем языке PSpice.

2.3.8. Произвести расчет цепи в среде PSpice.

2.3.9. Сравнить полученные результаты с теоретическими.

2.3.10. Составить отчет о проделанной работе.

2.4. Порядок выполнения работы

Последовательность действий, необходимых для выполнения лабораторной работы рассмотрим на примере анализа линии задержки, используемой в качестве длинной линии с волновым сопротивлением Z_В = 75 Ом и геометрической длиной L = 1.5 м.

2.4.1. На рис.2.1 приведена схема включения исследуемой линии задержки. Сопротивление источника напряжения равно волновому R1 =Z_В.

Максимальная частота F

. (2.х)

Рис.2.1. Исследуемый длинная линия.

2.4.2. Описание схемы на внутреннем языке PSpice.

В пакете PSpice линия задержки T описывается следующим предложением:

T N1₊ N1_- N2₊ N2_- Z0=<величина> F=<величина> NL=<величина>,

где

N1₊ N1_- – номера узлов входных цепей;

N2₊ N2_- – номера узлов выходных цепей;

Z0 – волновое сопротивление (Ом);

F – частота (Гц);

NL = L/l – волновая длина линии на частоте F, l – длина волны.

2.4.2.1. Исследование длинной линии в различных режимах работы обеспечивается путем изменения величины сопротивления резистора R2.

Режим короткого замыкания R2 = 0.01 Ом.

D_Line

V 1 0 AC 1

R1 1 2 75

R2 3 0 0.01

T 2 0 3 0 Z0=75 F=200Meg NL=1

.AC LIN 100 2Meg 200Meg

.PROBE

.END

В качестве иллюстрации данного режима на рис.2.2. показана зависимость входного сопротивления линии от ее длины.

2.4.2.2. Исследование длинной линии при воздействии одиночного импульса.

Режим согласованной нагрузки R2 = Z_В.

D_Line_tz

V 1 0 PULSE(0 1 0 0 0 1N 25N)

R1 1 2 75

R2 3 0 75

T 2 0 3 0 Z0=75 F=200Meg NL=1

.TRAN 0.05N 25N

.PROBE

.END

Рис.2.2. Зависимость входного сопротивления линии от ее длины.

2.5. Контрольные вопросы

2.5.1. Что называется длинной линией?

2.5.2. Назовите первичные и вторичные параметры длинной линии.

2.5.3. Что такое волновое сопротивление и от чего оно зависит?

2.5.4. Какие бывают режимы работы длинной линии, перечислите их особенности?

2.5.5. Чем определяется входное сопротивление длинной линии?

2.5.6. Постоянная распространения, что она характеризует?

Дата добавления: 2015-11-03