Визначення параметрів та Дослідження 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Визначення параметрів та Дослідження



Режимів роботи довгих ліній

Мета роботи

 

1. Експериментальне визначення первинних та вторинних параметрів двопровідної симетричної довгої лінії.

2. Експериментальне дослідження впливу вибору навантаження на ха-рактер хвильових процесів у довгій лінії.

3. Визначення параметрів навантаження довгої лінії за виміряними параметрами її режиму роботи.

4. Експериментальне дослідження методів узгодження довгої лінії та навантаження за допомогою чвертьхвильового трансформатора і реактивного шлейфа.

 

Програма роботи

 

1. Навчитися експериментально визначати первинні та вторинні пара-метри двопровідної симетричної довгої лінії.

2. Дослідити вплив навантаження на характер хвильових процесів у довгій лінії.

3. Навчитися за виміряними параметрами режиму роботи довгої лінії визначати параметри її навантаження.

4. Оволодіти методикою вузькосмугового узгодження довгої лінії з на-вантаженням за допомогою чвертьхвильового трансформатора та реактивного шлейфа.

Підготовка до виконання роботи

1. За конспектом лекцій та рекомендованою літературою вивчити матеріали розділу “Кола з розподіленими параметрами”.

2. У робочому зошиті для лабораторних робіт знайти заготовку для відповідного звіту і занести туди дані щодо мети та програми роботи.

3. У графі “Домашнє завдання” необхідно:

– накреслити електричну принципову схему установки для експериментального дослідження довгої лінії.

– записати аналітичні співвідношення для розподілу амплітуд напруг та струмів у ідеалізованій довгій лінії у режимах біжучих, стоячих та змішаних хвиль.

– якісно зобразити залежності для розподілу амплітуд напруг та струмів у довгій лінії в різних режимах роботи.

– якісно зобразити залежності для розподілу амплітуд напруг та струмів у довгій лінії при застосуванні вузькосмугового узгодження лінії з навантаженням за допомогою чвертьхвильового трансформатора та короткозамкненого шлейфа.

 

Опис лабораторної установки

 
 

На рис. 13.1 наведена принципова електрична схема установки для дослідження режимів роботи та методів узгодження з навантаженням однорідної двопровідної довгої лінії.

 

До складу експериментальної установки входять такі пристрої та вузли:

– генератор надвисоких частот (НВЧ) типу Г3-20, що має діапазон робочих частот від 200 до 820 МГц (l = 150 – 36,5 см);

– макет двопровідної довгої лінії, яка підлягає дослідженню;

– комплект навантажень;

– рухомі індикатори, які обладнані з’ємними головками для вимірювання напруженості електричного та магнітного полів;

– чвертьхвильовий трансформатор спеціальної конструкції, встановлений на кінці лінії;

– шлейф Татаринова (короткозамкнений відрізок довгої лінії змінної довжини).

Двопровідна довга лінія, що досліджується, являє собою систему, яка складається з двох паралельних проводів, що мають діаметри 2 r = 5 мм, а відстань між центрами проводів D = 30 мм. Проводи з обох боків закріплені в спеціальних кронштейнах. З одного боку до лінії через узгоджуючий си-метруючий пристрій підключається генератор сигналів, а з іншого боку лінія закорочена.

Включення в лінію навантажень, що досліджуються, здійснюється в перерізі, який віддалений від закороченого кінця лінії на відстань l/4, тобто в розрив лінії, оскільки короткозамкнений відрізок довжиною l/4 тут відіграє роль металевого ізолятора.

Як індикатори напруги та струму використовуються однакові мікроамперметри, послідовно включені з кристалічними детекторами, що мають квадратичні характеристики. Для зв’язку індикаторів з лінією в індикаторі напруги використовується зонд у вигляді штиря, а в індикаторі струму – петля. Отже, показання індикатора напруги пропорційні квадрату напруги, а індикатора струму – квадрату струму.

Чвертьхвильовий узгоджуючий трансформатор виконаний у вигляді ексцентричних металевих насадок на проводах узгоджуваної лінії. Насадки
можна переміщувати вздовж лінії і повертати навколо її проводів. За рахунок ексцентричної посадки при повороті насадок змінюється відстань між їх центрами, що дозволяє встановлювати необхідне значення хвильового опору трансформатора.

Реактивний шлейф (шлейф Татаринова) являє собою відрізок довгої лінії, короткозамкненої на кінці, яка має такий самий хвильовий опір, як і основна лінія. Потрібна довжина шлейфа встановлюється шляхом переміщення короткозамикаючої перемички. Шлейф утримується в будь-якому місці лінії за допомогою спеціальних роз’єднувачів.

 

Порядок виконання роботи

 

1. Виміряти діаметр 2 r проводів довгої лінії та відстань між центрами проводів D і розрахувати хвильовий опір цієї лінії, виходячи зі співвідношення

 

2. Підготувати генератор Г3-20 до роботи на частоті 470 МГц. Для цього підключити його до мережі живлення та дати прогрітися протягом 5 – 10 хвилин. За допомогою ручки “Регулирование выхода генерато-ра” та індикатора напруженості електричного поля (індикатора напруги) добитися, щоб у пучностях напруги відхилення стрілки мікроамперметра досягало не менше 2/3 його шкали.

3. Виміряти розподіл амплітуд напруги вздовж довгої лінії. Для цього необхідно, переміщуючи відповідну вимірювальну головку вздовж лінії, зафіксувати показання мікроамперметра a(х) у вузлах та пучностях поля, а також у декількох проміжних точках. Кількість відліків у кожному напівперіоді розподілу поля має бути не менше п’яти.

 

Результати вимірювань занести до табл. 13.1.

Таблиця 13.1

Вимірювані параметри Координата лінії х, см
х 1 х 2 х 3 х 4 х 5 х 6 х 7 х 8 х 9 х 10 х 11 х 12 х 13 х 14
                           
a(х)                            
Um (х)                            

 

4. За методикою, аналогічною до викладеної у п. 3, виміряти розподіл амплітуд струму β(x) уздовж довгої лінії. Перед проведенням вимірювань за допомогою ручки “Регулирование выхода генератора” та індикатора магнітного поля (індикатора струму) добитися, щоб у пучностях струму відхилення стрілки мікроамперметра досягало не менше 2/3 його шкали. Результати вимірювань занести до табл. 13.2.

 

Таблиця 13.2

Вимірювані параметри Координата лінії х, см
х 1 х 2 х 3 х 4 х 5 х 6 х 7 х 8 х 9 х 10 х 11 х 12 х 13 х 14
                           
b(х)                            
Im (х)                            

 

5. За отриманими згідно з пп. 3 та 4. результатами з урахуванням квадра-тичного характеру детектування розрахувати нормовані експериментальні розподілення напруги та струму . Результати розрахунків занести до табл. 13.1 і 13.2. Побудувати графіки отриманих залежностей, розрахувати коефіцієнт біжучої хвилі та визначити режим роботи довгої лінії.

6. Зафіксувати координати вузлів та пучностей напруг і струмів у лінії та розрахувати довжину електромагнітної хвилі і коефіцієнт фази в лінії.

7. Оскільки частота вхідного сигналу 470 МГц набагато більша за 1 МГц, то лінія, що досліджується, є довгою лінією з малими втратами, для якої хвильовий опір , а фазова швидкість .

Якщо врахувати, що , то погонні ємність та інтуктивність можна розрахувати за допомогою виразів

 

;

 

8. З набору навантажень експериментальним шляхом вибрати і встановити на вході розташованого на кінці лінії чвертьхвильового трансформатора узгоджений опір навантаження . При цьому в лінії спостерігається режим біжучих хвиль, і погонний коефіцієнт згасання лінії можна знайти за допомогою виразу

,

 

де та – напруги на вході та виході відрізка довгої лінії довжиною . З метою забезпечення високої точності розрахунку довжину відрізка лінії слід вибирати максимально можливою.

9. Оскільки для симетричної двопровідної довгої лінії коефіцієнт згасання приблизно дорівнює , то її погонний опір та погонну провідність можна знайти за допомогою виразів

 

 

10. Визначити характер та величини опорів навантаження довгої лінії. Для цього необхідно:

10.1. На вхід включеного в кінці лінії чвертьхвильового трансформатора підключити по черзі кожне з трьох навантажень, які залишилися недо-слідженими.

10.2. Для кожного з навантажень у межах однієї довжини електромаг-нітної хвилі виміряти розподіл амплітуд напруги в лінії аналогічно до п. 3 і результати занести до таблиці, аналогічної до табл. 13.1, а також представити у вигляді графіка.

10.3. Розрахувати для кожного випадку коефіцієнт біжучої хвилі у лінії k б та відстань l вміж навантаженням та найближчим до нього вузлом напруги в лінії. Причому з урахуванням квадратичного характеру детектування

 

 

10.4. Виходячи з визначених хвильового опору Z хв та параметрів режиму роботи лінії (k б, l в) за допомогою діаграми опорів (Вольперта–Сміта) знайти опір навантаження (дод. 2.1). Визначити характер і величину кожного з опорів навантаження та режим роботи довгої лінії у кожному випадку.

11. Узгодити активно-реактивне навантаження з довгою лінією за допомогою чвертьхвильового трансформатора.Для цього необхідно:

11.1. Виміряти довжину чвертьхвильових насадок, встановлених на проводах лінії і переконатися, що їх довжина дорівнює l тр = l/4. При необхідності здійснити підстройку частоти генератора (довжини електромагнітної хвилі).

11.2. У разі підстроювання частоти генератора, а значить і відповіднму змінюванні довжини електромагнітної хвилі заново визначити параметри режиму роботи лінії (k б, l в)та знайти параметри комплексного навантаження Z н за допомогою діаграми опорів.

11.3. Для знайдених параметрів режиму роботи та параметрів навантаження довгої лінії за діаграмою опорів або аналітично визначити вхідний опір Z вх = Zвх довгої лінії у перерізі найближчого до навантаження вузла напруги.

11.4. Розрахувати відстань між центрами проводів чвертьхвильових насадок, що розміщені на проводах довгої лінії, згідно з виразом

 

 

де r – радіус проводів чвертьхвильового трасформатора.

11.5. Розташувати вихід чвертьхвильового трансформатора в перерізі найближчого до навантаження вузла напруги і встановити потрібну відстань D між центрами насадок, використовуючи їх ексцентричність.

11.6. Перевірити режим роботи довгої лінії. Для цього необхідно визначити коефіцієнт біжучої хвилі на узгодженій ділянці лінії перед трансформатором. Режим роботи повинен бути близьким до режиму біжучих хвиль.

12. Здійснити узгодження раніше розрахованого комплексного навантаження Z н з лінією за допомогою шлейфа Татаринова. Для цього необхідно:

12.1. Пересунути чвертьхвильовий трансформатор до кінця лінії та за допомогою діаграми опорів, використовуючи раніше визначені параметри l, k б, Z н, Z хв, знайти місце встановлення () та провідність b ш реактивного короткозамкненого шлейфа (дод. 2.2). Визначити довжину шлейфа Татаринова або аналітично, або за діаграмою опорів.

12.2. Встановити шлейф Татаринова у потрібному місці, відрегулювати його довжину і перевірити режим роботи узгодженої частини лінії між шлейфом та її входом. Цей режим повинен бути близьким до режиму біжучих хвиль. Якщо після узгодження режим роботи значно відрізняється від режиму біжучих хвиль, то шляхом змінювання в невеликих границях довжини та положення шлейфа на лінії слід спробувати покращити узгодження лінії з навантаженням.

13. Провести детальний аналіз отриманих при виконанні роботи результатів і зробити відповідні висновки.

 

Зміст звіту

1. Мета і програма роботи.

2. Результати, одержані в процесі підготовки до виконання роботи.

3. Схеми для проведення досліджень, виконані у відповідності до діючих стандартів.

4. Результати досліджень у вигляді таблиць, розрахунків, а також графі-ків отриманих залежностей.

5. Стислі висновки за результатами виконаної роботи.

 

Контрольні запитання

1. Сформулюйте умови, за яких у довгій лінії встановлюються режими біжучих, стоячих та змішаних хвиль.

2. Поясніть фізичний смисл усіх первинних та вторинних параметрів довгої лінії.

3. Який зв’язок існує між первинними та вторинними параметрами ре-альної довгої лінії, ідеальної довгої лінії та лінії з малими втратами?

4. Які ознаки існування режимів біжучих, стоячих та змішаних хвиль у довгих лініях ви знаєте?

5. Дайте визначення коефіцієнтів відбиття напруги та струму. Від яких параметрів вони залежать?

6. Які особливості має поведінка хвиль напруги та струму в точках, де вони мають вузли та пучності?

7. Яким чином за допомогою діаграми опорів, знаючи розподіл амплітуд напруги (струму) в лінії, можна визначити опір навантаження?

8. Визначте вхідний опір лінії в перерізах, що віддалені від найближчого до навантаження вузла напруги в бік генератора на 0,2 l, 0,25 l, 0,35 l, якщо коефіцієнт стоячої хвилі k с = 3, а хвильовий опір лінії Z хв = 75 Ом.

9. З якою метою здійснюється узгодження довгої лінії з навантаженням?

10. Поясніть принцип узгодження довгої лінії з навантаженням за допомогою чвертьхвильового трансформатора.

11. Зобразіть розподіл амплітуд напруги і струму в лінії, що навантажена на активно-ємнісний опір, до і після узгодження:

– за допомогою шлейфа Татаринова;

– за допомогою чвертьхвильового трансформатора.

12. За допомогою шлейфа Татаринова здійсніть узгодження лінії з опором навантаження Z н = (12 + j 5) Ом, користуючись діаграмою опорів. Хвильовий опір довгої лінії Z хв = 10 Ом.

13. Здійсніть, користуючись діаграмою опорів, узгодження опору навантаження Z н = (20 – j 20) Ом з довгою лінією, що має Z хв = 20 Ом, за допомогою чвертьхвильового трансформатора.

14. Чи можна узгодити довгу лінію з чисто реактивним опором навантаження?


Д О Д А Т К И

Додаток 1



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2017-01-19; просмотров: 306; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.234.139.149 (0.068 с.)