Колебательный контур. В технике сверхвысоких частот вместо колебательных контуров на сосредоточенных реактивных элементах используют отрезки короткозамкнутых или разомкнутых линий с малыми потерями. Частотные характеристики входных сопротивлений таких отрезков (см. рис. 13.14) в области частот, прилегающих к резонансной, достаточно хорошо воспроизводят характеристики колебательных контуров. Значения добротностей отрезков линий достаточно велики и могут достигать, например, для короткозамкнутых четвертьволновых отрезков нескольких тысяч единиц. Это позволяет успешно использовать их для селекции колебаний весьма высоких частот.
Линейный вольтметр. Непосредственное включение в цепь обычного измерительного прибора при очень высокой частоте нарушает режим работы цепи, так как вносит в нее добавочное реактивное и резистивное сопротивления. Измерительный прибор с малым входным сопротивлением, включенный через четвертьволновый отрезок линии, называют линейным вольтметром (рис. 13.19). Подключение измерительного прибора к отрезку линии практически создает КЗ. Входное сопротивление линейного вольтметра оказывается очень большим, и он не оказывает заметного влияния на цепь, в которой измеряется напряжение. Измеряемое действующее значение напряжения связано с действующим значением тока, протекающего через измерительный прибор, зависимостью U = rвI, что следует из уравнения (13.20) при х = l/4.
Полосовой фильтр. На сверхвысоких частотах, где потери в линии пренебрежимо малы, КЗ отрезки линии могут быть использованы для построения фильтров. В качестве примера на рис. 13.20, а показана схема полосового фильтра, построенного на двух КЗ отрезках линии. В продольное плечо схемы включен полуволновый отрезок, в поперечное плечо – четвертьволновый. Первый отрезок имеет входное сопротивление, аналогичное входному сопротивлению последовательного колебательного контура. Второй, четвертьволновый, отрезок играет роль параллельного колебательного контура. Эквивалентная электрическая схема фильтра дана на рис. 13.20, б
Четвертьволновой трансформатор сопротивлений. При длине отрезка х = l/4 уравнения передачи (13.19) упрощаются и принимают вид:
Такой отрезок можно использовать в качестве согласующего трансформатора сопротивлений. Если включаемые каскадно линии имеют разные волновые сопротивления Zв1 и Zв2, то у четвертьволнового согласующего трансформатора в качестве сопротивления нагрузки выступает волновое сопротивление Zв2. Входное сопротивление согласующего трансформатора должно быть равно Zв1. Для выполнения этого условия достаточно выбрать Zв трансформатора равным
Тогда
Такой согласующий трансформатор приведен на рис. 13.21.
Пример. На входе отрезка линии без потерь длиной l/2, нагруженного на резистивное сопротивление Rн = 37,5 Ом, включен источник с Uг = 10 В. Волновое сопротивление отрезка Zв = rв = 75 Ом. На расстоянии l/4 от конца отрезка к нему подключен короткозамкнутый шлейф длиной lш = l/8 и волновым сопротивлением Zв = rв = 75 Ом. Определим входное сопротивление отрезка и ток на его входе.
Отрезок линии с короткозамкнутым шлейфом изображен на рис. 13.22. Найдем сначала входное сопротивление части отрезка длиной l/4 от сопротивления Rн до точек а—б, рассматривая эту часть как трансформатор сопротивления:
Входное сопротивление КЗ шлейфа длиной l/8, определяется по формуле
где
Таким образом, левая часть отрезка длиной l/4 оказалась нагруженной на параллельное соединение сопротивлений
и
т. е. на сопротивление
Входное сопротивление всего отрезка определим, рассматривая первую половину отрезка как трансформатор сопротивления. Поэтому
Ток на входе отрезка линии