Схемы с отрезками линий с конструктивной точки зрения удобно применять для формирования очень коротких импульсов (в наносекундном диапазоне длительностей). При формировании же импульсов большей продолжительности входящие в схему линии получаются слишком длинными и в связи с этим неудобными в конструктивном отношении. В этих случаях вместо отрезков линий используются искусственные формирующие цепи, состоящие из сосредоточенных индуктивностей и емкостей и эквивалентные по своим формирующим свойствам отрезкам линий с распределенными параметрами. Метод построения таких схем и принцип их работы рассматриваются в § 5- 0. Следует отметить, что при замене отрезка линии цепью, состоящей из сосредоточенных элементов, форма сформированного импульса ие будет строго прямоугольной.

Отрезки линий для задержки электрических сигналов

Отрезок однородной линии без потерь, нагруженный активным сопротивлением, равным волновому сопротивлению линии, является идеальным с принципиальной точки зрения устройством для временной задержки электрических сигналов. Если такой отрезок включен между источником сигнала и нагрузкой (рис, 5-66), то сигнал, действующий на нагрузочном сопротивлении, вследствие конечной скорости распространения энергии в линии будет задержан относительно сигнала, действующего на выходе источника, на время tz=l/v.

При этом следует отметить, что линия задержки (рис. 5-66), согласованная с нагрузочным сопротивлением {Рв=Щ, не нуждается в согласовании с источником задерживаемого сигнала.

Однако рассматриваемый способ получения временной задержки оказывается приемлемой лишь для получения небольших (порядка долей микросекунды) временных задержек. Реализация больших задержек связана с необходимостью применения линий большой длины l=t3-v, что резко увеличивает вес и габариты устройства задержки. Помимо этого, при большой длине линии заметно сказывается затухание, которое (см. § 5-9) имеет - частотио-зависим5а1й характер. В связи с этим сигнал, действующий на выходе устройства задержки, оказывается не только ослабленным, но и искаженным по форме, так как различные спектральные составляющие этого сигнала ослабляются при прохождении по линии неравномерно. По этим причинам для получения больших временных задержек используются искусственные линии задержки (см. § 11-4), выполняемые из сосредоточенных индуктивностей и емкостей, или ультразвуковые линии задержки. Последние позволяют получить время задержки в сотни микросекунд и миллисекунды и при определенном конструктивном выполнении плавно регулировать это время.

Рис. 5-66, Применение отрезка линии в качестве 1устрой-ства Задержки.

Рис. 5-67, Поперечное сечение коаксиального кабеля.

Некоторые параметры высокочастотных линий

Высокочастотные линии выполняются в настоящее время в двухпроводном и цоак-снальном вариантах.

Коаксиальные линии. Эскиз поперечиого сечения приведен на рис. 5-67. .Пинии электрического поля изображены пунктиром, а магнитного - сплошные. Для воздушного заполнения погонные индуктивность Lo (нгн/см) и емкость Со {пф1см) определяются выражениями:

Lo = 2 1п

0,5568;.

Волновое сопротивление линии (ом) без потерь равно:

60 D -1п -

где Ъг - относительная диэлектрическая

проницаемость; Dud - диаметры внешнего и внутреннего

проводника, см.

Ввиду осевой симметрии токи распределяются по поверхности проводников равномерно.

Погонное сопротивление линии, т. е. сопротивление, учитывающее все потери на единице длины линии (включаемое последовательно с гшдуктивностью, см. рис. 5-34) представляет собой сумму погонных сопротивлений всех токопроводя-щих поверхностей, включая и экранирующую оболочку

/0 = + °

где р1 и р2 - удельные поверхностные сопротивления внутреннего и внешнего проводников, ом.

Коэффициент затухания а определяется продольным (oi) и поперечным

(ог) затуханиями (0=01+02). Величина oi (неп/см) находится из соотношения

D -

Если внешний и внутренний проводники выполнены из одинакового материала (pi = =Р2=р), то

здесь величину F{D/d) следует брать из графика, приведенного на рис. 5-68. Продольная компонента коэффициента затухания, как это следует из графика, имеет

0,012 0.011 OfifO 0,009

г34 5 67 8Э-Ю Рис 5-68i Затухание в коаксиальной линии.

минимум при D/d=3,6, что для линии с воздушным заполнением соответствует волновому сопротивлению 77 ож. Поперечная компонента коэффициента затухания учитывает влияние диэлектрических потерь и независимо от типа линии определяется выражением

02 =

где б - угол потерь диэлектрика, заполняющего линию.

На рис. 5-69, приведен один из вариантов конструктивного выполнения высокочастотного коаксиального кабеля.

Рис. 5-69. Коаксиальный кабель.

/ - внутренний нроводинк: 2 - шайбы; 3 - внешний проводник; 4 - изоляционная оплетка: 5 - экранирующая оболочка; 6 - защитная оболочка; 7 - броня.

магнитного полей. Волновое сопротивление линии W (ом) равно:

Arch

в случае ald>2,5 справедливо следующее приближенное выражение:

Погонное сопротивление (без учета затухания вследствие изучения) равно:

Дополнительное затухание в линии ol {неп), определяемое излучением энергии.

Рис. 5-70. Лннин электрического (пунктир) и магнитного (сплошные) полей в двухпроводной линии.

зависит ОТ длины линии и для длинных прямых линий приближенно определяется выражением

5-10. ИСКУССТВЕННЫЕ ФОРМИРУЮЩИЕ ЦЕПИ

По соображениям конструктивного характера применение отрезков линий с распределенными параметрами часто оказывается неудобным. Поэтому они заменяются эквивалентной цепью, состоящей из сосредоточенных индуктивностей и емкостей. Эти цепи называются искусственными формирующими линиями или формирующими цепями.

Существует несколько методов построения формирующих цепей, эквивалентных отрезкам однородных линий.

Двухпроводные линии. Эскиз поперечного сечения линии, образованной двумя одинаковыми проводами в свободном пространстве, приведен на рис. 5-70. Там же показаны линии электрического (пунктир) и

Формирующая цепь лестничного типа

Наиболее простой способ перехода от линии к формирующей цепи основан на разбиении отрезка линии на п участков одина-

КОБОЙ протяженности с последующей заменой каждого участка iC-звеном, индуктивность и емкость которого (Z.3b, Сзв) соответственно равны индуктивности и емкости

и может быть представлена в виде суммы рациональных дробей

Рис. 5-71. Искусственная формирующая линия лестничного типа.

заменяемого участка линии. Получившаяся в результате такой замены схема формирующей цепи приведена на рис. 5-71. Величины 1эв и Сэв связаны с величинами нагрузочного сопротивления и требуемой длительностью формируемого импульса соотношениями:

dp)=Yi

Р - Рк P + Pk

где Pk - корни знаменателя правой части выражения,

Pk-l{2k-l), k=l.2,3...

Лк=1/Шз.

Таблица 5-5

/-зв

СяВ -

2/? п

Форма импульсов, получаемых с помощью формирующей цепи рассматриваемого типа при различном, числе звеньев, приведена в табл. 5-5. С увеличением числа звеньев увеличивается крутизна фронта формируемого импульса, но не устраняются колебания на вершине импульса. Для этого приходится принимать.специальные меры.

Формирующие цепи рассматриваемого типа довольно широко применяются в современной радиотехнической аппаратуре.

Формирующая цепь из параллельно соединенных последовательных контуров

Формирующий отрезок линии представляет собой двухполюсник, и его свойства однозначно определяются заданием входного сопротивления Zx или входной проводимости Увх. Для того чтобы цепь, состоящая из сосредоточенных элементов, обладала формирующими свойствами, она должна быгь двухполюсником, входное сопротивление которого совпадало бы с входным сопротивлением отрезка линии.

Входная проводимость разомкнутого отрезка, линии с волновым сопротивлением W и временем задержки 4 определяется выражением

Каждая из дробей, стоящих под знаком суммы, описывает проводимость контура, образованного последовательно включенными индуктивностью Z-K и емкостью Ск, если

Lk = -Г

{2k-lY nW

(5-44)

Таким образом, если бесконечно большое количество последовательных контуров, параметры которых выбраны в соответствии с выражениями (5-44), будут включены параллельно (рис. 5-72), то образованная та-

Рис. 5-72.- Эквивалентная схема отрезка однородной линии, образованной последовательными контурами.