в результате прохождения прямоугольных радиоимпульсов через настроенный колебательный контур фронт и срез импульса становятся экспоненциальными. Их длительность tф=tc~lB, если В>1/<и.

Импульс искажается тем меньше (выходной импульс будет тем ближе по форме к прямоугольному), чем шире полоса пропускания контура.

Искажения формы импульсов уменьшаются с расширением полосы пропускания для импульсов любой формы. Можно считать, что при полосе пропускания Bk/tn, где A=l-i-3, искажения импульса приемлемы для большинства практически важных случаев.

11-4. ИСКУССТВЕННЫЕ ЛИНИИ

Искусственные линии в импульсной технике используются для формирования импульсов и задержки их во времени.

Формирующие линии применяются, как правило, в модуляторах мощных импульсных станций для получения стабильных по длительности импульсов высокого напряжения (см. 5-10, а также [Л. 1, 12]).

Для временной задержки коротких видеоимпульсов используются электрические и ультразвуковые линии задержки.

Электрические линии предназначены для задержки видеоимпульсов на время от десятков микросекунд до десятых долей микросекунды. Для задержки на меньшее время обычно применяются электрические кабели.

Ультразвуковые линий с пьезоэлектрическими и магнитострикциоиными преобразователями используются для задержки видеоимпульсов от десятков до тысяч микросекунд.

Электрические линии задержки

Обычные длинные линии (см. § 5-9) для задержки импульсов на единицы и десятки микросекунд использовать нецелесообразно, так как линии получаются большой длины. Отрезки кабелей применяются для формирования задержки преимущественно наносе-кундных импульсов [Л.: 4]. Поэтому для создания временных задержек в необходимом диапазоне чаще всего используют специальные искусственные электрические линии. Эти линии можно рассматривать как широкополосные фильтры нижних частот с полосой пропускания от нуля до десятков мегагерц.

Приближенно переходные процессы в искусственной линии можно описать таким же путем, как распространение электромагнитных волн в обычных линиях.

Существующие в линиях волны можно рассматривать по нескольким признакам. Под волнами понимаются электромагнитные поля в линии. Они не обязательно носят синусоидальный характер и могут быть произвольной формы. Подразумевается, что

волны имеют вид видеоимпульсов, создаваемых подключенным к линии генератором.

В линии различают прямые волны, распространяющиеся по направлению от источника к нагрузке, и обратные волны, распространяющиеся в противоположном направлении. Прямая волна напряжения связана с прямой волной тока соотношением UninW; отраженные волны напряжения и тока связаны соотношением Ко=-к, где знак минус указывает на обратное направление тока в отраженной волне. Сопротивление W, характерное для данной линии, носит активный характер и называется волновым сопротивлением.

Кроме прямых и обратных, различают падающие волны, набегающие иа один из концов линии, и отраженные, возникающие при отражении и распространяющиеся от данного конца линии. Часто прямые и падающие волны тождественны; то же относится к обратным и отраженным волнам. Напряжение и и ток i в любом сечении линии находятся путем суммирования всех прямых и обратных волн.

Отражений от концов линии не возникает, если она нагружена на сопротивление R , равное волновому: Rb=W. Отражения от концов линии при Rn¥=W характеризу-

Rn-W

ются коэффициентом Лотр - Р

Rh + VC

чем величины отраженных волн напряжений и токов находятся из соотношений: ыо= =ЯотрИп; о=-Koipin, где Мп и гп - падающие волны напряжений и токов.

В разомкнутой на конце линии (i?h= оо, Яотр = 1) отраженная волна напряжения имеет ту же полярность и амплитуду (мо=Мп), что и падающая, а отраженный импульс тока - противоположную полярность (io= -in). В короткозамкнутой линии (i?H=0, iCoTp=-1) отраженная волна напряжения равна по амплитуде падающей, но знак ролярности - обратный (мо=- п), а отраженный импульс тока совпадает с падающим: io-in. Графически эти соотнощения иллюстрирует рис. 11-22, где внутреннее сопротивление генератора импульсов выбрано из условия RBn=W, а время задержки выбрано из условия 2tnp> >tm. Вследствие того что входное сопротивление линии в точках АВ равно волновому сопротивлению W, э. д. с. е=£и распределяется между Rbb к W поровну и амплитуда прямого (падающего) импульса на входе линии (между точками АВ)

W *

Rb+W 2

После достижения отраженными импульсами начала линии переходные процессы заканчиваются, так как RBn=W. Если бы Rbb ф W, возникли бы новые отраженные волны, распространяющиеся в прямом направлении от источника к концу линии.

В реальных искусственных линиях трудно добиться активного характера волнового сопротивления и выполнить идеальное со-

L--0.

Рис. 11-22. Отражение импульсов длительностью от конца линии задержки.

а - разомкнутая на конце линия; б - короткозамкнутая линия; в - линия, нагруженная иа сопротивление Н {Ид>Щ; е(0 - э. д. с. генератора импульсов с внутренним сопротивлением К; АВ - вход и CD - выход линии; - ток и напряжение на входе с учетом затухания

UU, А г Б линии.

гласование для всех составляющих спектра видеоимпульса. Поэтому приведенные соотношения являются приближенными. Кроме того, в реальных линиях имеются потери, так что процессы в них затухают со временем.

Искусственные электрические -линии делятся на однородные (с распределенными параметрами) и многоячеечные (с сосредоточенными параметрами).

Однородная линия оформляется чаще всего в виде намотанной на гибкий диэлектрический стержень спирали (соленоида), поверх которой надета медная оплетка, изолированная от спирали диэлектриком. Снаружи на оплетку надевается защитный полихлорвиниловый чехол. Индуктивность линии образуется витками спирали, а емкость- витками спирали и оплеткой.

Волновое сопротивление однородной линии *

ком,

где Li -погонная индуктивность, мкгн/см; Ci- погонная емкость, пф/см.

Емкость обычно определяется экспериментально и имеет порядок 10-20 пф/см.

Погонная индуктивность длинной однородной цилиндрической обмотки

= х --- . 10-3 мкгн! см,

где d - средний диаметр обмотки, см; h - шаг намотки, см; (X - магнитная проницаемость сердечника (для воздуха 1х=1). Волновое сопротивление подбирают, изменяя величину Li (изменяя диаметр спирали); обычно W бывает от 0,2-0,3 до 1-1,5 ком.

Время задержки * на единицу длины линии

где Li - в мкгн/см; Ci - в мкф/см; ti - в мксек/см.

Для увеличения ti и W используют спи-)альные линии? с ферритовым стержнем Л. 1], в результате чего ti и W возрастают

в ]/ ц раз, где р, - магнитная проницаемость материала стержня. Практически спиральную линию удобно использовать для сравнительно небольшого времени задержки (доли и единицы микросекунд); при большом времени задержки линия получается большой длины, вследствие чего происходит сильное затухание импульсов.

Многоячеечная линия состоит из значительного количества одинаковых звеньев

* По этим же формулам вычисляются волновое сопротивление и время задержки для линии, выполненной в виде электрического кабеля.

См. предыдущую сноску.

(ячеек), соединенных в последовательную цепь. Такая линия нагружается на волновое сопротивление, причем входное сопротивление каждой ячейки (для частот, близких к нулю) оказывается равным также величине W.

Каждая отдельно взятая ячейка (рис. 11-23,а), нагруженная на сопротивление W, имеет полосу прозрачности (пропускания) 1

от f=0 до /гр= д]/ пределах которой коэффициент передачи остается близким к единице.

вому сопротивлению и времени задержки импульса:

Рис. 11-23. Миогоячеечная линия задержки.

о - элементарная ячейка; б - электрическая схема линии.

Фазо-частотная характеристика в полосе прозрачности выражается соотношением

р (ш) R! 2-= 2 - . Вследствие этого

Шгр 2яр временная задержка, создаваемая каждой ячейкой и рассматриваемая как наклон фазовой характеристики, составит:

\аш /со=о

Общее время задержки линии из п цепочек

t = nVw. (11-37)

Для того чтобы линия пропускала импульсы без больших искажений, необходимо пропустить составляющие спектра, лежащие в пределах активной ширины спектра. Полагая в соответствии с (11-30) AfrB=AfH.a и учитывая, что активная длительность фронта ф.а=0,35/Ди.а, получаем:

1 0,35 0,35

где Р - коэффициент формы импульса (см. стр. 548)

Отсюда получаем соотношения для величины параметров линии по заданным волно-

Ри.а

Ри.а

п= 1,1

1.1 1.1/?нР<и.а

где Rn~W - требуемое сопротивление нагрузки, равное волновому сопротивлению линии;

Р==ф а/и.а - коэффициент формы импульса (Р=0,1- 0,2)..

Величина W выбирается обычно из условий согласования генератора с линией. При этом, однако, следует учесть, что волновое сопротивление линии трудно сделать большим, чем единицы килоом, поскольку при увеличении W растет индуктивность и паразитная емкость может превысить необходимую величину С. Многоячеечные линии имеют время задержки от единиц до нескольких десятков микросекунд.

Для улучшения характеристик линии между отдельными индуктивностями ее ячеек устанавливается индуктивная связь. Оптимальное значение коэффициента связи /Сев =0,23.

Конструктивное оформление линий задержки весьма разнообразно. Обычно такие линии выпускаются в виде отдельных узлов и блоков, каждый из которых рассчитан на определенное время задержки.

Ультразвуковые линии задержки

Входной электрический импульс в этих линиях преобразуется в ультразвуковой; последний распространяется в соответствующей звукопроводящей среде и затем поступает на преобразователь ультразвуковых

ВхеЬ

Выход

Рис. 11-24. Функциональная схема устройства с ультразвуковой линией, задержки.

3 - звукопровод; Пр1 и Ярг - входной и выходной преобразователи; В - возбудитель входного преобразователя; V - усилитель; Д - амплитудный детектор.

колебаний в электрические (рис. 11-24). Общее время пробега tup=llv, где / - длина пути импульса; v - корость распространения ультразвука в данной среде.

Для преобразования используются явления пьезоэлектричества или магнитострик-ции. В соответствии с этим различают пьезоэлектрические и электромагнитные линии задержки.

Видеоимпульс, подлежащий задержке, поступает сначала на вход возбудителя В (обычно - генератор ударного возбуждения, см. стр. 599), где превращается в радиоимпульс. Это необходимо для повышения к. п. д. преобразования электрических сигналов в ультразвуковые при сохранении формы импульса.