Міністерство освіти і науки України

Харківський національний університет радіоелектроніки

Реферат

з дисципліни «Основи електродинаміки, направляючі та випромінюючі системи, ч.2»

на тему:

Основні параметри, що характеризують лінії передачі

Виконав: Перевірив:

студенти групи ТРРТу-21-1 викладач

Родітєлєв О.М. Должиков В.В.
Харків 2022

Основные параметры, характеризующие линии передачи: волна основного типа, критическая частота, фазовая и групповая скорости и из зависимость от частоты ( пояснить различие), дисперсия, длина волны в линии передачи, ха- рактеристическое сопротивление.

Содержание

Вступление

1. 
   Волна основного типа
   
2. 
   Критическая частота
   
3. 
   Фазовая и групповая скорости и их зависимость от частоты
   
4. 
   Дисперсия
   
5. 
   Длина волны в линии передачи
   
6. 
   Характеристическое сопротивление
   

Литература

Вступление
Устройство, ограничивающее область распростра­нения электромагнитных колебаний и направляющее поток электромагнитной энер­гии в заданном направлении, называется линией передачи. Линии передачи слу­жат для переноса (транспортировки) электромагнитной энергии от источника к потребителю, например, от передатчика к антенне и от антенны к приёмному устройству, а также для соединения отдельных частей и узлов радиоаппарату­ры. Простейшим элементом, направляющим электромагнитную энергию, являет­ся плоская граница раздела двух сред, на которой происходит полное внутреннее отражение падающей волны.

1. 
   Волна основного типа
   

Одним из основных понятий, используемых при рассмотрении линий передачи, является понятие собственной волны. При этом под собственной волной линии передачи будем понимать электромагнитную волну, которая описывается реше­нием однородной краевой задачи и распространяется в линии при создании необ­ходимых условий. Таким образом, собственные волны волноведущей структуры — это все волны, которые эта структура способна направлять.

В линии передачи СВЧ или КВЧ-диапазонов на любой фиксированной частоте в общем случае может существовать бесконечное число собственных волн: распро­страняющихся и реактивно затухающих. Распространяющиеся собственные волны линии передачи имеют характер бегущих волн. Реактивно затухающие собствен­ные волны являются распространяющимися. Они возникают вблизи любой не­однородности в линии передачи при падении на неё какой-либо распространяю­щейся собственной волны. Такие волны быстро затухают при удалении от неодно­родности и при отсутствии других неоднородностей в процессе переноса энергии по линии передачи не участвуют. При увеличении рабочей частоты затухающие собственные волны становятся распространяющимися. Ниже рассмотрим некото­рые особенности собственных волн линий передачи.

2. 
   Критическая частота
   

Критическая частота — частота, на которой прекраща­ется перенос энергии. Эта характеристика определяется из решения соответствую­щей краевой задачи о собственных волнах линии передачи. Как правило, линии передачи используются в режиме основной волны, имеющей наименьшую крити­ческую частоту _кр. Однако в некоторых случаях предпочтение отдаётся волнам высших типов с критической частотой, превышающей частоту основной волны.

3. 
   Фазовая и групповая скорости
   

Скорость распространения волнового фронта гармонической волны называется фазовой скоростью. Поле гармонической волны, распространя­ясь вдоль оси OZв линии без потерь, описывается следующим образом:



Волновой фронт этой волны, как плоскость постоянной фазы, не меняющийся при движении, должен удовлетворять уравнению t—z=const. Пользуясь обычным определением скорости, найдем, что

фазовая скорость волны выражается как:

Фазовая скорость волны связана с критической длиной волны следующим соотно­шением:



где ,— соответственно, фазовая скорость и длина плоской волны в среде, заполняющей линию.

Групповая скорость — скорость распространения огибаю­щей электромагнитного сигнала. Понятие групповой скорости вводится в случае дисперсной линии передачи и сложных сигналов, которым соответствует опреде­лённый спектр частот.

Групповая скорость и при отсутствии диссипации (потерь) энергии вычисляется как
Групповая скорость и при отсутствии диссипации (потерь) энергии вычисляется как

4. 
   Дисперсия
   

Дисперсией называется зависимость фазовой скорости от частоты, а дисперсионная характеристика представляет собой кон­кретный вид зависимости, задаваемой формулой или графиком.

Т-волны в линиях передачи не имеют дисперсии. Фазовая скорость Т-волн на любой частоте равна скорости распространения плоской электромагнитной волны в среде, заполняющей линию передачи: , где с — скорость света в вакууме.

Линии передачи, работающие на других типах волн, обладают дисперсией. Дисперсионная зависимость в общем случае для линии передачи в виде формул отсутствует (кроме Н- и Е-волн); она определяется численно из решения диспер­сионного уравнения.

5. 
   Длина волны в линии передачи
   

Длина волны — есть расстояние, пройденное волной за время, равное периоду колебания Т. Так как , то длина волны в волноводе вычисляется как



Критическая длина волны — это длина волны, на которой прекращается рас­пространение электромагнитного поля. Она разделяет частотные области распрос­траняющихся и реактивно затухающих волн и определяется по формуле:

6. 
   Характеристическое сопротивление
   

В электродинамике волновое сопротивление линии передачи — величина, определяемая отношением напряжения падающей волны к току этой волны в линии передачи (по закону Ома)

При определении волнового сопротивления может использоваться также напряжение и ток отражённой или бегущей волн.

Единица измерения — Ом.

При расчёте волнового сопротивления по методу комплексных амплитуд используют амплитуды напряжения и силы тока. При наличии потерь в линии передачи значение становится комплексным.

Волновое сопротивление линии передачи зависит от её конструкции и электрофизических параметров применяемых материалов (ε, μ, σ), что совместно определяет погонные параметры линии передачи (ёмкость, индуктивность, сопротивление и проводимость на единицу длины), а также от типа волны, при наличии дисперсии — от частоты электромагнитных колебаний.

Волновое сопротивление часто путают с характеристическим сопротивлением волны — величиной, определяемой отношением поперечной составляющей напряженности электрического поля к поперечной составляющей напряженности магнитного поля бегущей волны.

В длинной линии волновое сопротивление равно (по закону Ома):

{\displaystyle Z_{0}={U_{m} \over I_{m}},}

где:

• 
  {\displaystyle U_{m}} — амплитуда напряжения волны (падающей, отраженной или бегущей);
  
• 
  {\displaystyle I_{m}} — амплитуда силы тока той же волны.
  

Литература

1. Боков Л.А., Замотринский В.А., Мандель А.Е. Электродинамика и распространение радиоволн

2. 
   Черенков В.С., Иваницкий А.М. Техническая электродинамика: Конспект лекций. – Одесса: ОНАЗ им. А.С. Попова, 2006. – 160 с.
   
3. 
   Основы электродинамики, Андрусевич Л.К., Беленький В.Г., 2000.
   
4. 
   Методические материалы к курсу ОЭНС, часть 2
   
5. 
   Википедия. Характеристическое сопротивление [Интернет ресурс] https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%BE%D0%BB%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B5_%D1%81%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5#: