Распределенными постоянными

В зависимости от диапазона частот меняются и пассивные элементы, используемые в РЭА. В диапазоне высоких частот (ВЧ) используют индуктивности и емкости с сосредоточенными параметрами, изготавливаемые по любой технологии, а в диапазоне СВЧ применяют элементы с распределенными параметрами, например двухпроводные, полосковые линии и коаксиальные резонаторы.

Выделим основные особенности диапазона СВЧ, определяющие единый подход к конструированию устройств СВЧ. Длина волны электромагнитного сигнала, как правило, соизмерима или много меньше размеров изучаемого объекта. Это является принципиальными конструктивными и технологическими особенностями СВЧ-элементов РЭА и отличает физику их работы от аналогичных радио- и низкочастотных (НЧ) устройств. Так, в СВЧ-диапазоне: 1) теряют физический смысл обычные элементы с сосредоточенными параметрами LCR, а все СВЧ-устройства являются устройствами с распределенными параметрами; 2) конструкции линий передач строго определяются физическими процессами передачи СВЧ-энергии и имеют свои особенности для каждого поддиапазона частот; 3) электрические токи протекают в очень тонком наружном слое металлических проводников, это явление поверхностного эффекта накладывает жесткие ограничения на чистоту обработки токонесущих поверхностей, на выбор защитных покрытий, появляется возможность применения технологии изготовления токонесущих проводников путем металлизации поверхности диэлектрических или керамических деталей; 4) из-за большой инерции электронов и длительной рекомбинации свободных носителей в СВЧ-диапазоне неприменимы обычные электровакуумные и полупроводниковые приборы; 5) параметры и свойства материалов: диэлектриков, магнитодиэлектриков и проводников в СВЧ-диапазоне, существенно отличаются от их номинальных значений. Все это определяет специфику конструирования и изготовления СВЧ-устройств, которая заключается в жесткой зависимости их радиотехнических характеристик от параметров самой конструкции (формы, размеров) и радиофизических свойств материалов (вида обработки токонесущих поверхностей, используемых покрытий и т. д.). В радиочастотной РЭА эти зависимости проявляются в значительно меньшей степени, а в НЧ-аппара-туре практически отсутствуют. 6

Функциональная микроэлектроника основана на непосредственном использовании физических явлений, происходящих в твердом теле (магнитных, квантовых, плазменных и др.). Элементы создают, используя среды с распределенными параметрами. Для управления параметрами выходных многомерных сигналов применяют динамические неоднородности среды, возникающие в определенный момент под воздействием управляющих сигналов. Основной технологической задачей при реализации функциональной микроэлектроники является получение сред с заданными свойствами.

Если для поставленной технологической задачи существенна зависимость параметров ТО и от времени, и от пространственных координат, приходим к наиболее сложной динамической модели с распределенными параметрами. При этом в каждый фиксированный момент времени состояние объекта и внешней среды характеризуется значениями параметров в бесконечном числе точек пространства, а сами эти параметры подчиняются системам нелинейных интегродифференциальных уравнений в частных производных. Иногда модели с распределенными параметрами удается приближенно свести к моделям с сосредоточенными параметрами. Это можно сделать, например, путем дискретизации функций

При этом могут потеряться определенные свойства, характерные для этих объектов. Поэтому желательно провести полный анализ операции как системы с распределенными параметрами и только при численных расчетах проводить упрощение [29].

Если пространственное распределение параметров постоянно или для рассматриваемой задачи несущественно, то важно учитывать изменчивость во времени как внешних воздействий, так и описываемого «черного ящика». Например, в гибких ТП приходим к динамической модели с сосредоточенными параметрами. При этом в каждый фиксированный момент времени состояние объекта и внешней среды характеризуется конечным числом параметров, подчиняющихся в общем случае системам нелинейных интегродифференциальных уравнений с переменными коэффициентами. Аналогично тому, как производится дискретизация непрерывных пространственных координат в случае систем с распределенными параметрами, при описании динамических систем с не-

29. Сиразетдинов Т. К. Оптимизация систем с распределенными параметрами.— М.: Наука, 1977.—480 с.

34. Шапиро С.В., Утляков Г.Н., Куляпин В.М., Осипова С.В. и др. Исследование на АВМ процессов в системе возбуждения возбудителя бесконтактного синхронного генератора/ЛГеория информационных систем и устройств с распределенными параметрами: Тезисы докл. II Всесоюзного симпозиума. - Уфа, 1974.-С.52.

Решение уравнения (249) чрезвычайно сложно; достаточно указать, что уравнения в частных производных не поддаются решению на обычных АВМ. Для решения задачи структурными методами целесообразно заменить исходную систему с распределенными параметрами эквивалентной «цепной» системой, состоящей из цепочки сосредоточенных масс и невесомых пружин с ограниченным числом звеньев (талевый канат и талевый блок могут быть представлены в виде одного звена цепной системы). Такая замена позволяет перейти от уравнения в частных производных к обыкновенным дифференциальным уравнениям. Принятая для дальнейшего анализа расчетная схема механической части электромеханической системы показана на 91, б (все величины приведены к вращательному движению на валу двигателя, направления величин показаны для режима подъема) и описывается системой уравнений, вытекающих из уравнений движения и упругой деформации

Рассматриваемую магнитную цепь приходится рассчитывать как цепь с распределенными параметрами аналогично электрической цепи, рассмотренной в одиннадцатой главе первой части, с той разницей, что первичные параметры в данном случае нелинейны.

Систематически изложен материал курса «Основы теории цепей» в соответствии с современной вузовской программой. Рассмотрены методы анализа стационарных гармонических режимов линейных цепей, теория четырехполюсников, характеристики частотно-избирательных цепей н фильтров, основы теории нелинейных цепей. Подробно изучены способы нахождения реакции линейной цепи на импульсные воздействия. Представлена теория цепей с распределенными параметрами. Обсуждаются методы синтеза линейных двухполюсников. Отдельная глава посвящена применению компьютеров для расчета сложных цепей.

Уравнения (1.18) представляют собой уравнения пассивного четырехполюсника ( 1.49): Ui—AUn+BIu и I\=CUn+DI\i, где А, В, С и D — комплексные константы, удовлетворяющие условиям A — D и AD—ВС=1. В рассматриваемом случае A=D=diyl, В = = Zcshyl и C=shyl/Zc. Пользуясь этими выражениями, линию с распределенными постоянными заменяют эквивалентной Т- или П-образной схемой с сосредоточенными постоянными.

Определение токов и напряжений при переходных процессах на линиях с распределенными постоянными. При рассмотрении выполнения защит для достаточно длинных линий сверхвысоких и ультравысоких напряжений, работающих с временами срабатывания 0,01—0,02с, необходимо считаться с наличием при КЗ в мгновенных значениях токов и остаточных напряжений кроме апериодических слагающих еще свободных колебательных (знакопеременных) затухающих слагающих; при этом учитывается, что переходные процессы затухают относительно медленно в связи с малыми в них потерями.

Влияние переходных процессов на защиту линий с распределенными постоянными. Измерительные органы защиты линий от КЗ, как указывалось выше, строятся преимущественно с использованием электрических величин промышленной частоты. Их отстройку от свободных затухающих слагающих пытаются осуществлять различно в зависимости от используемой элементной базы. Так, например, при индукционных системах, учитывая их естественные свойства, ограничиваются созданием в системах обмоток специальных контуров, в микроэлектронных устройствах применяют аналоговые фильтры, в программных защитах (на микропроцессорной базе) используют цифровую фильтрацию. Разрешение этого вопроса оказалось, однако, весьма сложным, и его пока нельзя считать окончателно решенным (см., например, [16, 34]).

Переходные электромеханические процессы можно также различать в зависимости от сложности системы, в которой они происходят. В системе любой сложности может быть учтено действие регуляторов возбуждения или скорости, что может сделать расчеты, проводимые для простой системы, более громоздкими, чем расчеты, проводимые для сложной системы. Особые вопросы возникают при учете весьма длинных линий как цепей с распределенными постоянными. Сложность расчета зависит также и от того, проводится он с учетом мгновенных изменений параметров режима ИЛИ ведется по их огибающим. Таким образом, само по себе разделение систем на простые и сложные является в известной мере условным, не характеризующим в полной мере сложность проведения расчетов.

ного заземлителя ведется по схеме замещения с распределенными постоянными параметрами L и g.

Подгруппа Р. Приборы для ишерения параметров элементов и трактов с распределенными постоянными

Я2 — блоки измерителей параметров элементов и трактов с распределенными постоянными; блоки приборов для измерения мощности;

Основным узлом резонансного частотомера является перестраиваемая по частоте колебательная система. На частотах до сотен мегагерц в качестве колебательной системы применяются резонансные контуры с сосредоточенными постоянными, на более высоких частотах вплоть до 1 ГГц-—контуры с распределенными постоянными в виде отрезков коаксиальной или полосковой линии, на еще более высоких частотах применяются объемные резонаторы, на частотах свыше 30 ГГц —отрытые резонаторы.

Метод заключается в измерении распределения напряженности электрического поля вдоль линии передачи с помощью универсального средства измерения — измерительной линии с последующим вычислением (или графическим определением) измеряемых величин по непосредственно измеряемым параметрам указанного распределения. Метод позволяет измерить практически все параметры цепей с распределенными постоянными: КСВН, коэффициент отражения, полное сопротивление, постоянную затухания линии, длину волны в линии передачи, добротность колебательных систем и т. п.

Цепи с распределенными постоянными обладают существенными особенностями при передаче через них сигналов. Главная особенность— это задержка сигнала на время, пропорциональное длине линии.

321. Разделение длинноГ! линии на элементы с распределенными постоянными.