 |
Анализ работы длинной линии
|
|
|
|
2.1. Цель работы
Исследование работы длинной линии в среде PSpice.
2.2. Краткие теоретические сведения
Длинная линия – линия передачи электрического сигнала, длина которой соизмерима с длиной волны, передаваемого сигнала.
Коэффициент стоячей волны КСВ – коэффициент, характеризующий степень согласования линии с нагрузкой
, (2.1)
где Umax и Umin – максимальное и минимальное значения напряжения вдоль линии при входном гармоническом сигнале.
Коэффициент отражения К
. (2.2)
Волновое сопротивление линии определяется через отношение напряжений и токов падающих или отраженных волн
(2.3)
и через погонные индуктивность и емкость линии
. (2.4)
Входное сопротивление длинной линии при холостом ходе
. (2.5)
Входное сопротивление длинной линии при коротком замыкании
, (2.6)
где l – длина линии; l – длина волны.
Коэффициент распространения g = a + jb,
где a – коэффициент затухания, b – коэффициент фазы.
2.3 Задание к лабораторной работе
2.3.1. Из таблицы 2.1. согласно варианту задания выбрать геометрическую длину линии L и ее волновое сопротивление ZВ.
Варианты заданий
Таблица 2.1
| № варианта | ||||||||||
| L, м | 0.5 | 0.6 | 0.5 | 0.6 | ||||||
| ZВ, Ом |
2.3.2. Вычислить наибольшую частоту входного сигнала F, при которой на длине линии L укладывается одна волна.
2.3.3. Провести исследование длинной линии в следующих режимах:
– при согласованной нагрузке, RH = ZВ;
– при коротком замыкании, RH = 0;
– при холостом ходе, RH = µ;
– при RH < ZВ;
– при RH > ZВ.
В результате исследования должны быть получены следующие характеристики и параметры длинной линии каждого режима:
|
|
|
– зависимость входного напряжения от длины линии U ВХ(l);
– зависимость входного тока от длины линии I ВХ(l);
– зависимость полного входного сопротивления линии от ее длины Z Л(l) (только для первых трех режимов);
– коэффициент стоячей волны КСВ и коэффициент отражения КО;
– мощность, выделяемая на нагрузке S2.
где RH – сопротивление нагрузки, l – волновая длина линии на некоторой частоте f. В нашем случае 0 < l £ 1, поскольку 0 < f £ F. Величина l показывает число волн, умещающихся на линии при ее геометрической длине L.
Замечание: Построение выше указанных характеристик выполняется в режиме.АС в диапазоне частот от 0.01F до F. Такой подход оправдан наличием равномерной АЧХ модели длинной линии и использованием активной нагрузки. При этом ось абсцисс следует рассматривать не как ось частот, а как ось длины линии (наибольшей частоте F соответствует длина L, а нулевой частоте – начало линии).
2.3.4. Определить время задержки tЗ по ФЧХ длинной линии при согласованной нагрузке.
2.3.5. Подать на вход длинной линии одиночный импульс длительностью t = 0.2×tЗ. Получить осциллограммы напряжения на входе и выходе длинной линии при согласованной нагрузке. Измерить время задержки tЗ.
2.3.6. Повторить п.2.3.5. при несогласованной нагрузке. Объяснить полученные осциллограммы.
2.3.7. Составить описание исследуемой линии на внутреннем языке PSpice.
2.3.8. Произвести расчет цепи в среде PSpice.
2.3.9. Сравнить полученные результаты с теоретическими.
2.3.10. Составить отчет о проделанной работе.
2.4. Порядок выполнения работы
Последовательность действий, необходимых для выполнения лабораторной работы рассмотрим на примере анализа линии задержки, используемой в качестве длинной линии с волновым сопротивлением ZВ = 75 Ом и геометрической длиной L = 1.5 м.
2.4.1. На рис.2.1 приведена схема включения исследуемой линии задержки. Сопротивление источника напряжения равно волновому R1 =ZВ.
|
|
|
Максимальная частота F
. (2.х)
Рис.2.1. Исследуемый длинная линия.
2.4.2. Описание схемы на внутреннем языке PSpice.
В пакете PSpice линия задержки T описывается следующим предложением:
T N1+ N1- N2+ N2- Z0=<величина> F=<величина> NL=<величина>,
где
N1+ N1- – номера узлов входных цепей;
N2+ N2- – номера узлов выходных цепей;
Z0 – волновое сопротивление (Ом);
F – частота (Гц);
NL = L/l – волновая длина линии на частоте F, l – длина волны.
2.4.2.1. Исследование длинной линии в различных режимах работы обеспечивается путем изменения величины сопротивления резистора R2.
Режим короткого замыкания R2 = 0.01 Ом.
D_Line
V 1 0 AC 1
R1 1 2 75
R2 3 0 0.01
T 2 0 3 0 Z0=75 F=200Meg NL=1
.AC LIN 100 2Meg 200Meg
.PROBE
.END
В качестве иллюстрации данного режима на рис.2.2. показана зависимость входного сопротивления линии от ее длины.
2.4.2.2. Исследование длинной линии при воздействии одиночного импульса.
Режим согласованной нагрузки R2 = ZВ.
D_Line_tz
V 1 0 PULSE(0 1 0 0 0 1N 25N)
R1 1 2 75
R2 3 0 75
T 2 0 3 0 Z0=75 F=200Meg NL=1
.TRAN 0.05N 25N
.PROBE
.END
 |
Рис.2.2. Зависимость входного сопротивления линии от ее длины.
2.5. Контрольные вопросы
2.5.1. Что называется длинной линией?
2.5.2. Назовите первичные и вторичные параметры длинной линии.
2.5.3. Что такое волновое сопротивление и от чего оно зависит?
2.5.4. Какие бывают режимы работы длинной линии, перечислите их особенности?
2.5.5. Чем определяется входное сопротивление длинной линии?
2.5.6. Постоянная распространения, что она характеризует?
Лабораторная работа № 3
|
|
|
