Рассмотрим случаи нагрузки линии на активное сопротивление различной величины (рис.1). На этом рисунке показано распределение вдоль линии не амплитудного, а действующего значения напряжения, которое изменяется только по величине, но не меняет знака. Это напряжение показывает вольтметр или индикатор переменного напряжения, подключаемый к различным точкам линии. Для упрощения кривая тока не показана. Как и раньше, линию считаем идеальной и принимаем, что внутреннее сопротивление генератора значительно меньше волнового сопротивления линии.

Распределение напряжения вдоль линии при различных ее нагрузках.

Рис.1 — Распределение напряжения вдоль линии при различных ее нагрузках.

Если нагрузочное сопротивление равно волновому сопротивлению (рис.1 а), в линии распространяется бегущая волна и напряжение вдоль линии везде одинаково. В разомкнутой (рис.1 6) и «броткозамкиутой линиях (рис.1 г) получается режим стоячих волн и вдоль линии чередуются узлы и пучности. У разомкнутой линии на конце находится пучность напряжения, а у короткозамкнутой— узел напряжения.

Когда R больше Zo, но не равно бесконечности (рис.1 в), то режим линии является средним между режимом бегущей волны и режимом разомкнутой линии. Его называют режимом смешанных или комбинированных волн. Так как R не равно Zо, то в конце линии поглощается только часть энергии падающей волны. Остальная часть энергии уходит обратно с отраженной волной, вследствие чего возникают стоячие волны. Однако в линии есть и бегущая волна, переносящая энергию от генератора в сопротивление нагрузки R.

Распределение напряжения в этом случае напоминает распределение в разомкнутой линии. Но вследствие того, что амплитуда отраженной волны меньше амплитуды падающей волны в том месте, где должен быть узел, суммарное напряжение не снижается до нуля. Оно имеет некоторое наименьшее значение U мин, равное разности напряжений падающей и отраженной волн. А в местах пучностей получается некоторое наибольшее напряжение Uмакс, равное сумме этих напряжений, но меньшее, чем удвоенное напряжение падающей волны. Чем ближе R к Zo, тем ближе режим линии к режиму бегущей волны и тем меньше разница между Vмакс и Uмин. И, наоборот, чем больше R, тем ближе режим к случаю разомкнутой линии и тем резче максимумы и минимумы напряжения.

Для характеристики режима линии пользуются коэффициентом бегущей волны (кбв). Он введен А.А. Пистолькорсом в-1927 г. и определяется как отношение Uмин к Uмакс. В случае, когда Zo < R, он равен отношению Zo к R:

Коэффициент бегущей волны формула



При одной бегущей волне кбв=1, а для режима стоячих волн кбв = 0. Чем ближе величина кбв к единице, тем ближе-режим линии к режиму бегущей волны. Иногда применяется величина, обратная кбв, называемая коэффициентом стоячей волны:

Коэффициент стоячей волны

Если R Zo, остается в силе и здесь. Коэффициент бегущей волны определяется через напряжение, как и раньше, но отношение сопротивлений надо взять обратное, так как кбв всегда должен быть меньше единицы:

Коэффициент бегущей волны определяем через напряжение

Когда линия работает в режиме бегущей волны, то в нагрузочное сопротивление отдается наибольшая полезная мощность— воя мощность бегущей волны. Если же сопротивление нагрузки не равно волновому сопротивлению линии, то полезная мощность в нагрузке будет меньше, так как часть энергии возвращается с отраженной волной обратно в генератор. Однако уменьшение мощности о изменением нагрузочного сопротивления происходит не резко, и поэтому некоторое отступление от режима чисто бегущей волны допустимо. Например, когда сопротивление нагрузки в два раза больше или меньше Zo, т. е. когда кбв = 0,5, то энергия отраженной волны составляет всего лишь 11 % энергии падающей волны.

Следует отметить, что в режиме смешанных волн, когда R не равно Zo, входное сопротивление, вообще говоря, уже не является чисто активным, а обычно имеет реактивную составляющую, которая характеризует возврат: части энергии в генератор. Только при длине линии, равной целому числу четвертей волйы, Zвх будет чисто активным, потому что в линии такой длины наблюдается резонанс.

В случае, когда в конце линии включено реактивное сопротивление, т. е. емкость или индуктивность, также получается режим стоячих волн. Действительно, в реактивном сопротивлении энергия падающей волны не расходуется, а лишь временно запасается и возвращается обратно. Поэтому в линии складываются падающая и отраженная волны равной амплитуды и возникают стоячие волны.

Наиболее сложным случаем является нагрузка линии на полное сопротивление Z, имеющее активную и реактивную части. При такой нагрузке в линии будет режим смешанных волн, так как часть энергии падающей волны поглощается в активном сопротивлении, но остальная часть возвращается с отраженной волной вследствие наличия реактивного сопротивления и в результате того, что активное сопротивление не равно волновому сопротивлению.