1.6. РЕЖИМ ПОЛНОГО ОТРАЖЕНИЯ

Пусть ко входу линии подключен генератор гармонических колебаний с фиксированной частотой, являющийся источником распространяющейся в линии волны. Если длина линии бесконечна, эта волна никогда не достигнет конца линии. Какое бы расстояние ни прошла волна, ее структура остается неизменной, однако амплитуда волны будет меньше, чем на зажимах генератора, поскольку из-за потерь в линии, обусловленных конечностью сопротивления проводников и несовершенством диэлектрика, часть энергии теряется. В линии без потерь сохраняются неизменными как структура, так и амплитуда волны; имеет место лишь задержка во времени, величина которой пропорциональна пути, пройденному волной вдоль линии.

Все реальные линии имеют конечную длину и вносят затухание. Ограничимся случаем, когда потерями в линии можно пренебречь. Попробуем ответить на вопрос, что происходит в линии, когда волна от генератора достигает разомкнутого конца линии? Так как потери в линии равны нулю, вся энергия волны доходит до конца линии, где ток при идеальном режиме холостого хода равен нулю. Поэтому какое-либо рассеяние энергии на конце линии невозможно. В результате вся энергия волны, распространяющейся вдоль линии в прямом направлении (падающая волна), должна вернуться обратно к генератору, т. е. в сечении, где линия разомкнута, образуется такая обратная (отраженная) волна, что полный ток на разомкнутом конце обращается в нуль. Поскольку отраженная волна распространяется по той же самой линии, что и падающая, но в обратном направлении, в отдельных сечениях линии она суммируется с падающей и в результате образуются максимумы (пучности). В тех сечениях,

Рис. 1.10. Образование стоячей волны в линии передачи без потерь при идеальном отражении от ее конца

где волны вычитаются, образуются минимумы (узлы). На разомкнутом конце линии располагаются узел тока и пучность напряжения. Во всех сечениях, где образуются пучности тока, располагаются узлы напряжения, и наоборот. Процедура формирования стоячей волны при полном отражении иллюстрируется на рис. 1.10.

Из левой диаграммы 1 на рис. 1.10 видно, что в начальный момент времени падающая и отраженная волны тока противофазны, а суммарный ток в любом сечении линии равен нулю. В тот же момент времени падающая и отраженная волны напряжения синфазны (правая диаграмма 1), суммарное напряжение в отдельных сечениях вдвое превышает то, которое имеет место в бесконечно длинной либо идеально согласованной линии. Линия конечной длины идеально согласована, когда сопротивление нагрузки на ее конце равно волновому сопротивлению линии. Из диаграммы 2, соответствующей более позднему моменту времени, видно, что отраженная волна прошла справа налево расстояние, равное а падающая - то же расстояние, но в обратном направлении. В результате обе волны оказались в фазе и в отдельных сечениях суммарный ток стал больше вдвое, чем ток падающей или отраженной волны (левая диаграмма 2). В тот же момент времени падающая и отраженная волны напряжения полностью гасят друг друга в любом сечении линии. Аналогично строятся распределения тока и напряжения, представленные на диаграммах 3 и 4. В любом сечении линии зависимость напряжения (тока) от времени носит синусоидальный

характер. Суперпозиция падающей и отраженной волн образует в линии без потерь чисто стоячую волну. При идеальном коротком замыкании на конце линии построения ведутся тем же способом. В режиме холостого хода на рис. 1.10 достаточно поменять местами распределения тока и напряжения.

Для мини-ЭВМ была разработана элементарная программа которая позволяет методом мультипликации продемонстрировать процесс образования стоячей волны в длинной линии. Паданщая и отраженные волны перемещаются на экране дисплея, образуя узлы и пучности в определенных сечениях линии. Данная программа может рассматриваться как образец при переработке для ЭВМ с другой системой команд графики.

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)