ЯКІ ХАРАКТЕРИЗУЮТЬ ЕФЕКТИВНІСТЬ ПЕРЕДАЧІ ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ЕНЕРГІЇ В НАВАНТАЖЕННЯ

Процес передачі електромагнітної енергії в будь-якій регулярній лінії можна дослідити за допомогою еквівалентної двопровідної лінії (рис. 1.1).

Генератор з’єднується з навантаженням еквівалентною дво-провідною лінією. Виберемо відлік координати уздовж лінії передачі в перерізі навантаження. Лінія має хвильовий опір . При частка енергії хвилі відбивається від навантаження і розповсюджується до генератора. Загалом, в лінії є падаюча хвиля, яка розповсюджується від генератора до навантаження, і відбита хвиля, яка розповсюджується від навантаження до генератора.

Нехай падаюча та відбита хвилі характеризуються амплітудами і та початковими фазами і , або комплексними амплітудами , відповідно. Величину слід розуміти як амплітуду струму, напруги або напруженості поля. Залежно від наявності та величини відбитої хвилі розрізняють три режими хвиль у лініях передачі: режим біжучої хвилі – якщо відсутнє відбиття режим стоячої хвилі – якщо хвиля відбивається повністю режим змішаних хвиль – якщо хвиля відбивається частково .

У режимі змішаних хвиль хвильовий процес у лінії передачі можна подати у вигляді суми падаючої та відбитої хвиль

.

У даному виразі є комплексною амплітудою результуючої хвилі у перерізі. Унаслідок додавання хвиль вздовж лінії передачі амплітуда сумарної хвилі змінюється за періодичним законом, як приклад, наведено на рис. 1.1.

Максимальні значення амплітуди поля називаються пучностями , а мінімальні − вузлами . Між сусідніми пучностями (або вузлами) відстань у лінії передачі дорівнює , а між вузлом та пучністю – . Положення перерізів вузлів та пучностей залежить від співвідношення хвильового опору ліній передачі та опору навантаження.

Процес відбиття та режими хвиль у лінії передачі характеризуються такими параметрами:

коефіцієнтом відбиття − ;

коефіцієнтом стоячої хвилі − ;

коефіцієнтом біжучої хвилі − .

Коефіцієнт відбиття від навантаження є відношення комплексних амплітуд відбитої та падаючої хвиль у перерізі навантаження і визначається за виразом

.

Величина залежить від співвідношення хвильового опору лінії передачі та опору навантаження

Коефіцієнт стоячої хвилі (КСХ) визначається відношенням максимальної та мінімальної амплітуд поля у лінії передачі

.

КСХ змінюється від у режимі біжучих хвиль до у режимі стоячих хвиль.

Коефіцієнт біжучої хвилі (КБХ) визначається відношенням
мінімальної та максимальної амплітуд поля в лінії передачі

.

КБХ змінюється від =1 у режимі біжучих хвиль до у режимі стоячих хвиль.

У режимі змішаних хвиль вздовж лінії передачі змінюються співвідношення між комплексними амплітудами напруги (напруженості електричного поля) та струму (напруженості магнітного поля). Тому повний комплексний вхідний опір у лінії залежить від розміщення перерізу [ ]. У перерізі лінії передачі на відстані від навантаження комплексний вхідний опір дорівнює

. (1.3)

Коефіцієнт корисної дії (ККД) дорівнює відношенню потужності, яка передається у навантаження, до потужності падаючої хвилі на вході лінії

,

де – потужності падаючої та відбитої хвиль у перерізі навантаження; – потужність падаючої хвилі на вході.

Враховуючи, що для лінії передачі довжиною та з коефіцієнтом згасання α, який вимірюється у неперах на метр ( )

,

отримаємо вираз

.

Таким чином, ККД залежить як від втрат у лінії передачі (коефіцієнта ), так і від узгодження лінії передачі з навантаженням за опором (коефіцієнта Г_н).

Максимум ККД (передачі енергії у навантаження) буде за умови , що досягається при

,

тобто у режимі біжучої хвилі. Тому, останнє рівняння називають умовою узгодження лінії передачі з навантаженням. Навантаження Z_н=Z_х називається узгодженим.

Робочу потужність лінії передачі в режимі змішаних хвиль необхідно зменшувати у разів, порівняно з режимом біжучих хвиль. Це пояснюється збільшенням максимальної амплітуди поля в пучностях , тобто збільшенням імовірності пробою.