40807

Линии без искажений

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Пусть сигнал который требуется передать без искажений по линии является периодическим т. Таким образом для отсутствия искажений что очень важно например в линиях передачи информации необходимо чтобы все гармоники распространялись с одинаковой скоростью и одинаковым затуханием поскольку только в этом случае сложившись они образуют в конце линии сигнал подобный входному. Однако искажения могут отсутствовать и в линии с потерями.

Русский

2013-10-22

80.64 KB

0 чел.

Лекция 28_Линии без искажений.

Пусть сигнал, который требуется передать без искажений по линии, является периодическим, т.е. его можно разложить в ряд Фурье. Сигнал будет искажаться, если для составляющих его гармонических затухание и фазовая скорость различны, т.е. если последние являются функциями частоты. Таким образом, для отсутствия искажений, что очень важно, например, в линиях передачи информации, необходимо, чтобы все гармоники распространялись с одинаковой скоростью и одинаковым затуханием, поскольку только в этом случае, сложившись, они образуют в конце линии сигнал, подобный входному.

Идеальным в этом случае является так называемая линия без потерь, у которой сопротивление  и проводимость  равны нулю.

Действительно, в этом случае

,

т.е. независимо от частоты коэффициент затухания  и фазовая скорость

.

Однако искажения могут отсутствовать и в линии с потерями. Условие передачи сигналов без искажения вытекает из совместного рассмотрения выражений для постоянной распространения

(1)

и фазовой скорости

.   

(2)

Из (1) и (2) вытекает, что для получения  и , что обеспечивает отсутствие искажений, необходимо, чтобы , т.е. чтобы волновое сопротивление не зависело от частоты.

(3)

Как показывает анализ (3), при

 

(4)

 есть вещественная константа.

Линия, параметры которой удовлетворяют условию (4), называется линией без искажений.

Фазовая скорость для такой линии

и затухание

.

Следует отметить, что у реальных линий (и воздушных, и кабельных) . Поэтому для придания реальным линиям свойств линий без искажения искусственно увеличивают их индуктивность путем включения через одинаковые интервалы специальных катушек индуктивности, а в случае кабельных линий – также за счет обвивания их жил ферромагнитной лентой.

Уравнения линии конечной длины

Постоянные  и  в полученных в предыдущей лекции формулах

;  

(5)

   

(6)

определяются на основании граничных условий.

Пусть для линии длиной l (см. рис. 1) заданы напряжение  и ток  в начале линии, т.е. при .

Тогда из (5) и (6) получаем

откуда

Подставив найденные выражения  и  в (5) и (6), получим

        

(7)

   

(8)

Уравнения (7) и (8) позволяют определить ток и напряжение в любой точке линии по их известным значениям в начале линии. Обычно в практических задачах бывают заданы напряжение  и ток  в конце линии. Для выражения напряжения и тока в линии через эти величины перепишем уравнения (5) и (6) в виде

;  

(9)

(10)

Обозначив  и , из уравнений (9) и (10) при  получим

откуда

После подстановки найденных выражений  и  в (9) и (10) получаем уравнения, позволяющие определить ток и напряжение по их значениям в конце линии

;

(11)

(12)

Уравнения длинной линии как четырехполюсника

В соответствии с (11) и (12) напряжения и токи в начале и в конце линии связаны между собой соотношениями

;

.

Эти уравнения соответствуют уравнениям симметричного четырехполюсника, коэффициенты которого ;  и ; при этом условие  выполняется.

Указанное означает, что к длинным линиям могут быть применены элементы теории четырехполюсников, и, следовательно, как всякий симметричный четырехполюсник, длинная линия может быть представлена симметричной Т- или П- образной схемами замещения.

Определение параметров длинной линии из опытов холостого хода и короткого замыкания

Как и у четырехполюсников, параметры длинной линии могут быть определены из опытов холостого хода (ХХ) и короткого замыкания (КЗ).

При ХХ  и , откуда входное сопротивление

.      

(13)

При КЗ  и . Следовательно,

.    

(14)

На основании (13) и (14)

 

(15)

и

,

откуда

.       

(16)

Выражения (15) и (16) на основании данных эксперимента позволяют определить вторичные параметры  и  линии, по которым затем могут быть рассчитаны ее первичные параметры  и .

 

Линия без потерь

Линией без потерь называется линия, у которой первичные параметры  и  равны нулю. В этом случае, как было показано ранее,  и . Таким образом,

,

откуда .

Раскроем гиперболические функции от комплексного аргумента :

Тогда для линии без потерь, т.е. при , имеют место соотношения:

  и  .

Таким образом, уравнения длинной линии в гиперболических функциях от комплексного аргумента для линии без потерь трансформируются в уравнения, записанные с использованием круговых тригонометрических функций от вещественного аргумента:

(17)

.     

(18)

Строго говоря, линия без потерь (цепь с распределенными параметрами без потерь) представляет собой идеализированный случай. Однако при выполнении  и , что имеет место, например, для высокочастотных цепей, линию можно считать линией без потерь и, следовательно, описывать ее уравнениями (17) и (18).

Стоячие волны в длинных линиях

Как было показано выше, решение уравнений длинной линии можно представить в виде суммы прямой и обратной волн. В результате их наложения в цепях с распределенными параметрами возникают стоячие волны.

Рассмотрим два предельных случая: ХХ и КЗ в линии без потерь, когда поглощаемая приемником активная мощность равна нулю.

При ХХ на основании уравнений (17) и (18) имеем

  и  ,

откуда для мгновенных значений напряжения и тока можно записать

(19)

.  

(20)

Последние уравнения представляют собой уравнения стоячих волн, являющихся результатом наложения прямой и обратной волн с одинаковыми амплитудами.

При ХХ в соответствии с (19) и (20) в точках с координатами , где  - целое число, имеют место максимумы напряжения, называемые пучностями, и нули тока, называемые узлами. В точках с координатами  пучности и узлы напряжения и тока меняются местами (см. рис. 2). Таким образом, узлы и пучности неподвижны, и пучности одной переменной совпадают с узлами другой и наоборот.

При КЗ на основании уравнений (17) и (18)

  и ,

откуда для мгновенных значений можно записать

т.е. и в этом случае напряжение и ток представляют собой стоячие волны, причем по сравнению с режимом ХХ пучности и узлы напряжения и тока соответственно меняются местами.

Поскольку в узлах мощность тождественно равна нулю, стоячие волны в передаче энергии вдоль линии не участвуют. Ее передают только бегущие волны. Чем сильнее нагрузка отличается от согласованной, тем сильнее выражены обратные и, следовательно, стоячие волны. В рассмотренных предельных случаях ХХ и КЗ имеют место только стоячие волны, и мощность на нагрузке равна нулю.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

73928. Антикризове фінансове управління підприємством 138.5 KB
  Необхідність оволодіння основами антикризового фінансового управління зумовлена тим що в умовах ринкової економіки підприємства здійснюють свою фінансовогосподарську діяльність знаходячись під постійним впливом несприятливих внутрішніх та зовнішніх чинників які можуть призвести до фінансової кризи та банкрутства.
73930. Система забезпечення фінансового менеджменту 84.5 KB
  Фінансовий менеджмент є невід\'ємною складовою частиною загальної системи управління підприємством. Тому його організаційне забезпечення має бути інтегроване з загальною структурою управління підприємством.
73931. Визначення вартості грошей у часі та її використання у фінансових розрахунках 103.5 KB
  Визначення вартості грошей у часі та її використання у фінансових розрахунках. Необхідніть і сутність визначення вартості грошей у часі. Оцінка майбутньої та теперішньої вартості грошей з врахуванням фактору інфляції. Необхідніть і сутність визначення вартості грошей у часі.
73932. Управління активами 123.5 KB
  Активи являють собою ресурси, контрольовані підприємтвом, використання яких призводять до збільшення економічних вигод у майбутньому. До них відносяться всі наявні матеріальні цінності, нематеріальні активи та кошти, що належать підприємству на певну
73933. АНАЛİЗ ФİНАНСОВИХ ЗВİТİВ 271 KB
  Головна мета аналізу фінансових звітів – своєчасно виявляти й усувати недоліки у фінансовій діяльності та знаходити резерви поліпшення фінансового стану підприємства і його платоспроможності. На підставі вивчення взаємозв’язку між різними показниками виробничої комерційної і фінансової діяльності дати оцінку виконання плану з надходження фінансових ресурсів та їх використання з позиції поліпшення фінансового стану підприємства. Розроблення конкретних заходів які спрямовані на ефективніше використання фінансових ресурсів і зміцнення...
73934. Антикризове фінансове управління підприємством. Сутність та основні елементи антикризового фінансового управління 291 KB
  Сутність та основні елементи антикризового фінансового управління Необхідність оволодіння основами антикризового фінансового управління зумовлена тим що в умовах ринкової економіки підприємства здійснюють свою фінансовогосподарську діяльність перебуваючи під постійним впливом несприятливих внутрішніх та зовнішніх чинників які можуть призвести до фінансової кризи та банкрутства. Для нейтралізації кризових явищ підприємства переводяться на спеціальний режим антикризового управління із застосуванням специфічних методів та прийомів управління...
73935. ТЕОРЕТИЧНİ ТА ОРГАНİЗАЦİЙНİ ОСНОВИ ФİНАНСОВОГО МЕНЕДЖМЕНТУ 128 KB
  Фінансовий менеджмент ґрунтується на системі принципів засобів та форм організації грошових відносин підприємства спрямованих на управління його фінансовогосподарською діяльністю. Складовими фінансового менеджменту є...
73936. СИСТЕМА ЗАБЕЗЕЧЕННЯ ФİНАНСОВОГО МЕНЕДЖМЕНТУ 107.5 KB
  Система організаційного забезпечення фінансового менеджменту являє собою взаємозв’язану сукупність внутрішніх структурних служб і підрозділів підприємства які забезпечують розроблення і прийняття управлінських рішень з окремих напрямів його фінансової діяльності і несуть відповідальність за результати цих рішень. İєрархічний принцип побудови фінансових служб управління підприємством Фінансова служба управління підприємством у цілому Фінансові служби управління структурними одиницями підприємства відділами цехами службами Фінансові служби...