Практическое применение отрезков линий с малыми потерями

На практике в радиотехнических устройствах часто применяют отрезки линий без потерь (с малыми потерями) в качестве элементов цепи.

Колебательный контур. В технике сверхвысоких частот вместо колебательных контуров на сосредоточенных реактивных элемен­тах используют отрезки короткозамкнутых или разомкнутых линий с малыми потерями. Частотные характеристики входных сопротивлений таких отрезков в области частот, прилегающих к резонансной, достаточно хорошо воспроиз­водят характеристики колебательных контуров. Значения добротностей отрезков линий достаточно велики и могут достигать, например, для короткозамкнутых четвертьволновых отрезков нескольких тысяч единиц. Это позволяет успешно использовать их для селекции колебаний очень высоких частот.

Металлический изолятор. При х = λ /4 входное сопротивление короткозамкнутого отрезка линии обращается в бесконечность. Это дает возможность использовать четверть­волновый короткозамкнутый отрезок в качестве изолятора, напри­мер для подвески двухпроводных воздушных фидерных линий (рис. 14.9).

Отрезок линии выполняется в виде жестких металли­ческих прутьев или труб. Их нижние концы заземляются, в результате чего осуществляется короткое замыкание. Верхние концы присоединяются непосредственно к линии. Такие изоляторы по своим электрическим и конструктивным данным превосходят изоляторы из диэлектрика.

Линейный вольтметр. Непосредственное включение в цепь обычного измерительного прибора при очень высокой частоте нарушает режим работы цепи, так как вносит в нее добавочное реактивное и активное сопротивления. Измерительный прибор с малым входным сопротивлением, включенный через четвертьволновый отрезок линии, называют линейным вольтметром (рис.14.10). Подключение измерительного прибора к отрезку линии практически создает короткое замыкание. Входное сопро­тивление линейного вольтметра оказывается очень большим, и он не оказывает заметного влияния на цепь, в которой измеряется напряжение. Измеряемое действующее значение напряжения свя­зано с действующим значением тока, протекающего через измери­тельный прибор, зависимостью при .

Полосовой фильтр. На сверхвысоких частотах, где потери в линии пренебрежимо малы, короткозамкнутые отрезки линии могут быть использованы для построения фильтров.

В качестве примера показана схема полосового фильтра, построенного на двух короткозамкнутых отрезках линии (рис. 14.11).

В продольное плечо схемы включен полуволновый отрезок, в поперечное плечо четвертьволновый. Первый отрезок имеет входное сопротивление, аналогичное входному сопротивлению последовательного колебательного контура. Второй, четверть­волновый, отрезок играет роль параллельного колебательного контура. Эквивалентная электрическая схема фильтра приведена на рис.14.12.

Четвертьволновый трансформатор сопротивлений. Нарис. 14.13. приведена схема такого трансформатора. При длине отрезка линии уравнения передачи принимают следующий вид:

.

Входное сопротивление четвертьволнового отрезка линии с пре­небрежимо малыми потерями определяется выражением

; тогда .

Такой отрезок можно использовать в качестве согласую­щего трансформатора сопротивлений. Если линии, вклю-чаемые каскадно, имеют разные волновые сопротивления и , то у четвертьволнового согласующего трансформато­ра в качестве сопротивления нагрузки выступает волновое сопро-тивление . Входное сопротивление согласующего транс­форматора должно быть равно . Для выполнения это­го условия достаточно выбрать трансформатора равным .

Тогда

.