4.3Волны напряжения и тока

Перейдём к мгновенным значениям напряжения u(x¢, t) и тока i(x¢, t) в произвольном сечении отрезка с координатой x¢. Полагая в выражении (11) в соответствии, например, с формулами (3), получаем

.

Отсюда видно, что при фиксированном значении координаты x¢ напряжение u(x¢, t) этого сечения является гармонической функцией времени с частотой w и постоянной амплитудой . Если же зафиксировать момент времени t и рассматривать изменение напряжения вдоль полубесконечного отрезка, то получим осциллирующую знакопеременную функцию амплитуда которой убывает по экспоненте с ростом x¢, то есть по мере удаления от начала отрезка линии.

С течением времени распределение напряжения перемещается вдоль отрезка линии, образуя волну напряжения. Для определённости, за скорость распространения волны примем её так называемую фазовую скорость v_ф, под которой понимают скорость перемещения её сечения в выбранной неподвижной системе координат, фаза колебания в котором остаётся неизменной. Отсюда видно, что с течением времени t значение фазы волны остаётся неизменным, если значение координаты её сечения x¢ соответствующим образом возрастает. Таким образом, волна напряжения перемещается (бежит) от начала отрезка линии. Из условия постоянства значения фазы бегущей волны или

следует, что волна напряжения перемещается вдоль отрезка линии с фазовой скоростью

Рис. 7

Аналогично можно рассмотреть изменения тока вдоль полубесконечного отрезка однородной линии и получить выражение

которое описывает волну тока, бегущую от начала отрезка с тем же значением фазовой скорости v_ф и так же затухающую в направлении своего распространения.

Из выражений волн напряжения и тока следует, что значение коэффициента затухания , входящего в показатель экспоненты, характеризует убывание амплитуд волн при их распространении вдоль отрезка линии. Фазы напряжения и тока изменяются вдоль отрезка линии по линейному закону. Коэффициент фазы b определяет скорость этих изменений. Разность фаз напряжения и тока в любом сечении отрезка равен аргументу характеристического сопротивления линии

.

Коэффициент затухания a выражается в неперах или децибелах на единицу длины, а коэффициент фазы b – в радианах на единицу длины.

Убывание амплитуд волн напряжения и тока в направлении их перемещения обусловливается необратимыми преобразованиями энергии вдоль отрезка линии, а изменение их фаз – конечными значениями фазовых скоростей распространения этих волн.