дают большой избирательностью и очень часто применяются в приземных устройствах.

Объясняется это тем, что резонансные кривые системы связанных контуров имеют крутые склоны, г. е. лучший коэффициент прямоугольности по сравнению с одиночными контурами при нужной (иногда достаточно широкой) поотосе пропускания. При одинаковой полосе пропускания одиночного колебательного контура и системы связанных контуров добротность последних может быть в 3 раза выше, а это означает, что системы связанных контуров имеют лучшую избирательность, чем одиночный контур. Кроме того, ширина полосы пропускания связанных контуров меняется в широких пределах путем из.менения коэффициента связи. Благодаря этому ценному свойству связанные контуры широко применяются. Бывают случаи, когда все же ширина полосы пропускания оказывается недостаточной. Расширить ее можно, за-шуптировав каждый контур в отдельности активным сопротивлением. Добротность таких контуров ухудшается, полоса пропускания каждого контура увеличивается, а следовательно, и увеличивается полоса пропускания всей системы.

Полосовые фильтры обычно оформляются в виде единой конструктивной единицы и имеют три вида регулировок: одна -для изменения величины связи между контурами, две другие - для настройки каждого из контуров на заданную частоту (если система состоит из двух контуров).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ

1. Объясните, что нужно сделать с элементом связи в каждой из четырех схем связанных контуров, чтобы связь между контурами увеличилась.

2. Какая связь двух контуров называется критической?

3. Почему индуктивная связь наименьшая, если витки катушек первичного и вторичного контуров расположены под пря. ы.м углом друг к другу?

4. Что изменится в первичном контуре, если при индуктивноГг связи между контурами увелич1сть число витков катушки вторичного контура.

5. Что такое вносимое сопротивление?

6. Jim одинаковых контура, связанных трансфор.маторной связью, состояг из следующих элементов: iLi = L2=150 ыкГн; Ci = C2=200 пф; 1=2=20 Ом. При К=1% определить активное вносимое сопротивление.

7. Как изменяется вид резонансных кривых тока второго контура при увеличении коэффициента связи?

8. Чем объясняется наличие провала; и двух горбов в резонансной характеристике при связи больше критической?

9.. От чего зависят значения частот связи f н f при сильной связи между контурами?

10. Объясните, почему меняется знак реактивной составляющей вносимого сопротивления.

11. Каким образом можно изменить ширину полосы пропускания связанных контуров?

12. Два одинаковых связанных контура состоят из следующих элементов: £1-2=300 мкГн; С|=С2=300 пФ. Определить емкость связи для двух случаев: внешнеемкостной и виутриемкостной связи между контурами, если коэф-Аициеит связи К=\%.

13. Че.м можно оценить избирательные свойства системы связа1П1ых контуров?

14. Расскажите о применении полосовых фильтров.

15. Объясните, чем полный резонанс отличается от частных резонансов, а сложный резонанс от полного. Как практически можно получить каждый из вышеупомянутых резонансов?

Глава 2. ДЛИННЫЕ ЛИНИИ, ВОЛНОВОДЫ И ОБЪЕМНЫЕ РЕЗОНАТОРЫ

2.1. ОСОБЕННОСТИ КОНТУРОВ УКВ ДИАПАЗОНА

С увеличением рабочей частоты рассмотренные выше контуры с

сосредоточенными параметрами оказываются малопригодными.

Зная основную формулу колебаний fo= l/2.Tt1Z-C, можно сделать вывод, что для высоких рабочих частот потребуются контуры с очень маленькими значениями ипдуктивностей и емкостей.

Сделать катушку индуктивности менее чем из одного витка практически невозможно, кроме того, с уменьшением индуктивности уменьшается характеристическое сопротивление контура, а следовательно, п доброт1Юсгь. Емкость, равная нескольким пико-фарадам или даже десяткам пикофарад, представляет собой практически емкость монтажа, емкость р-п переходов и т. д. Контур с сосредоточенными параметрами может обеспечить рабочую частоту приблизительно до 300... 500 МГц. На более высоких частотах в качестве колебательных систем обычно используются отрезки длинных линий и объе.мные резонаторы, которые называются колебательными системами с распределенными параметрами.

2.2. ДЛИННЫЕ ЛИНИИ

Конструктивные особенности. Линия передачи, длина проводов которой соизмерима с длиной волны называется длинной линией. Если длина линии близка к ?./4, то такая линия уже считается длинной. Например, при /=10 км и рабочей частоте 300 Гц (?.= = 1000 км) линия не является длинной ( >,= 1/ТОО), а при /=1 см и f=30 ГГц (/.= 1 см) линия считается длинной (/Д= 1/1 = 1).

г) a) e)

Рис. 2.1. Основные виды линий передачи

Некоторые виды длинных линий показаны на рнс. 2.1: а-открытая четырехпроводпая линия, провода соединяются попарно; б - открытая двухпроводная линия; в, г - коаксиальная липпя - экранированная несимметричная линия, состоящая из соосно расположенных проводов - вненшего и одного или двух внутренних. Внешний провод представляет собой медную оплетку или медную трубку жесткой конструкции. Провода изолированы друг от друга эластичным диэлектриком. При воздутно.м заполиеиии внутренний провод крепится на диэлектрических шайбах или металлических изоляторах; д, е- полосковыс (ленточные) липни, симметричная и несимметричная соответственно. Они ншроко используются в малогабаритной аппаратуре. В сим.метричной линии пластины / играют роль внешнего провода, а пластины 2 - внутреннего. Пластины разделены диэлектриком 3. В несимметричной линии полосковый проводник 2 отделен от металлического плоского экрана / гонким слоем диэлектрика 3.

Основные характеристики. Провода линии (рис. 2.2) обладают индуктивностью, зависящей от их геометрических размеров, формы и взаимного расположения, т. е. от конструкции линии. Между двумя проводами линии существует взаимная емкость и активная утечка, провода имеют также активное сопротивление. Каждый короткий участок линии А/ обладает малыми значениями индук-44

AG фАС

3----

I

Рис. 2.2. Схема двухпроводной линии

Рис. 2.3. Эквивалентная схема длинной линии

тивпости AL, емкости \С, активной утечки АС и активного сопротивления Л/?, поэтому электрическую эквивалентную схему длинной линии можно представить как цепь звеньев, каждое звеио которой состоит из 1L, АС, \G и AR (рис. 2.3).

Следовательно, индуктивность, емкость, активное сопротивление и утечка линии распределены по всей длине, поэтому линию называют электрической цепью с распределсипыми параметрами.

Первичными параметрами линии являются: погонные индуктивность Li, емкость Си активное сопротивлепне Ri и утечка С,. Погонные параметры -это параметры, приходящиеся на единицу длины лини . Если величина этих параметров пе меняется по .длине линии, то такую линию называют однородной. Погонные параметры зависят от конструктивных особенностей линии. Так, погонная индуктивность увеличивается с уменьшением диаметра проводов п увеличением расстояния между ними. Погонная емкость зависит от диэлектрической постоянной среды, ра.зделяющей провода линии, и тем больше, чем толню провода и чем меньше расстояние между ними. Погонное активное сопротивление опредсля- ется материалом проводов и частотой тока, протекающего по линии; с увеличением частоты погонное сопротивленце возрастает. Погонная проводимость (утечка) зависит от электрических свойств диэлектрика, заполняющего устройства между проводами, и от частоты: с увеличением частоты погонная проводимость увеличивается.

Для большинства линий выполняются неравенства (uLiRt; oC); Ci, где (О - частота генератора. Эти линии называются линиями без потерь.

Вторичным параметром является волновое сопротивление р = =yL,/Ci. где Li и С|-погонные параметры. Из этого выражения видно, что волновое сопротивление по своей природе близко к характеристическому сопротивлению контура, оно чисто активно и не зависит от частоты.

Распространение энергии в линии без потерь. Бегущие волны. Рассмотрим явления, происходящие в длинной идеальной {R=0,

G,=0), т. е. без потерь, линии, на входе которой включен генератор синусоидальной ЭДС, а на выходе-активное сопротивление, равное волновому сопротивлению линип. При поступлении энергии в линию от генератора в ближайших к источнику участках проводов линии начинает протекагь ток, так как в один из проводов поступают электроны с отрицательного полюса источника, а из другого провода электроны уходят к положительному полюсу. В результате ближайшие участки проводов линии заряжаются. Между ними возникает напряжение, равное напряжению источника. Этот участок линии начинает играть роль источника напряжения для последующего участка и т. д. Таким образом, вдоль бесконечной линии от одного участка линии к другому начинает протекать ток, создающий вокруг проводов магнитное и электрическое поле. По линии распространяется электромагнитная волна, скорость которой

Рассмотрим подробнее распределение волн напряжения и тока вдоль липни. В первую четверть периода напряжение изменяет свое значение па входе линии от нуля до максимального значения и перемещается вдоль линии на расстояние

Л'= 1/Г/4 = Х/4.

т. е. на четверть длины волны. Следовательно, все мгновенные значения напряжения от момента i = 0 до /2 = 7/4 распределены вдоль участка линии длиной Я/4 (рнс. 2.4,а). Положительный потенциал 8 каждой точке линии откладывается вверх на рисунке, а отрицательный - вниз. Благодаря наличию разности потенциалов в отдельных точках вдоль линии протекает ток, распределение которого показано на рис. 2.4 штриховой линией.

В течение следующего промежутка времени от t2 = T/4 до /3 = = 7/2 напряжение на входе линии уменьшится до нуля и переместится вдоль липни на расстояние, равное Я,/4, т. е. теперь максимум напряжения (тока) окажется на расстоянии 7J4 от начала линии, тогда как в момент t2 = TlA этот максимум был на входе линии. Точно так же перемещаются на Х/4 и все остальные мгновенные значения напряжения и тока (рис. 2.4,6).

Аналогично образуются третья и четвертая четверти волн (рис. 2.4,в, г).

Итак, при синусоидальном источнике ЭДС мгновенные значения напряжения и тока бегущих волн имеют вдоль линии синусоидальное распределение. Значение напряжения (тока) в любой точке, расположенной на расстоянии X от входа линии (месте подключения генератора), будет изменяться по такому же закону, как и напряжение генератора, но с запаздыванием на время Д/ = =X/V (.Y - расстояние вдоль линий, а V - скорость распростра-

рис. 2.4. Бегущие волны напряжения и тока в линии:

---ток;---напряжение

Нения энергии), за которое электромагнитная волна доходит до Этой точки, т. е. по закону

Полученное выражение называют уравнением бегущей волны. Если в любой момент потенциалы обоих проводов равны по величине и противоположны по знаку, а токи проводов равны по величине и противоположны по направлению, то волны называются симметричными. В дальнейшем для простоты изображения будем Показывать симметричные волны напряжения п тока вдоль линии, либо на верхнем, либо на нижнем проводе (рис. 2.5).