19 | 11 | 2017
Друзья
Главное меню
Смотри
Статистика
Пользователи : 1
Статьи : 2824
Просмотры материалов : 7897154

Посетители
Рейтинг@Mail.ru
Советую
Online
  • [Bot]
  • [Google]
Сейчас на сайте:
  • 87 гостей
  • 2 роботов
Новые пользователи:
  • Administrator
Всего пользователей: 1
RSS
Подписка на новости
«Длинные» и «короткие» линии передачи PDF Печать E-mail
Автор: Administrator   
03.07.2017 12:53

«Длинные» и «короткие» линии передачи

Глава 14 - Линии передачи


В цепях постоянного и низкочастотного переменного тока характерный импеданс параллельных проводов обычно игнорируется. Это включает в себя использование коаксиальных кабелей в измерительных цепях, часто используемых для защиты слабых сигналов напряжения от повреждения от индуцированного «шума», вызванного паразитными электрическими и магнитными полями. Это связано с относительно короткими интервалами времени, в которых отражения происходят в линии, по сравнению с периодом сигналов или импульсами значимых сигналов в цепи. Как мы видели в последнем разделе, если линия передачи подключена к источнику постоянного напряжения, она будет вести себя как резистор, равный по значению характеристическому импедансу линии, только до тех пор, пока импульс падения достигнет конца Линии и возврата в качестве отраженного импульса, обратно к источнику. После этого времени (краткий 16.292 мкс для длинного коаксиального кабеля в последнем примере) источник «видит» только конечный импеданс, что бы это ни было.

Если рассматриваемая схема обрабатывает низкочастотную мощность переменного тока, такие короткие задержки времени, вводимые линией передачи между тем, когда источник переменного тока выдает пик напряжения, и когда источник «видит» этот пик, нагруженный конечным полным сопротивлением (время прохождения вбок для Падающая волна для достижения конца линии и отражения назад к источнику) не имеют большого значения. Несмотря на то, что мы знаем, что величины сигнала вдоль длины линии не равны в любой момент времени из-за распространения сигнала при (почти) скорости света, фактическая разность фаз между начальным и конечным линиями незначительна , Поскольку распространение длины строки происходит в пределах очень небольшой доли периода волны переменного тока. Во всех практических целях можно сказать, что напряжение во всех соответствующих точках на низкочастотной двухпроводной линии равно и синфазно друг с другом в любой данный момент времени.

В этих случаях можно сказать, что рассматриваемые линии электропередач являются электрически короткими , поскольку их эффекты распространения намного быстрее, чем периоды проводимых сигналов. Напротив, электрически длинная линия - это та, где время распространения представляет собой большую долю или даже кратное периоду сигнала. «Длинная» линия обычно считается той, где сигнал сигнала источника завершает, по крайней мере, четверть цикла (90 o «вращение»), прежде чем падающий сигнал достигнет конца линии. До этой главы в серии книг « Уроки в электрических цепях » все соединительные линии считались электрически короткими.

Чтобы представить это в перспективе, нам нужно выразить расстояние, пройденное сигналом напряжения или тока вдоль линии передачи по отношению к его частоте источника. Форма переменного тока с частотой 60 Гц завершает один цикл в 16,66 мс. При скорости света (186 000 миль / с) это эквивалентно расстоянию 3100 миль, которое в это время будет распространяться сигнал напряжения или тока. Если коэффициент скорости линии передачи меньше 1, скорость распространения будет меньше 186 000 миль в секунду, а расстояние меньше на тот же коэффициент. Но даже если мы использовали коэффициент скорости коаксиального кабеля из последнего примера (0,66), расстояние все еще очень длинное 2046 миль! Какое бы расстояние, которое мы вычисляем для данной частоты, не называется длиной волны сигнала.

Простая формула для расчета длины волны следующая:



В нижнем регистре греческая буква «лямбда» (λ) представляет длину волны в любой части длины, используемой в фигуре скорости (если мили в секунду, затем длина волны в милях, если метры в секунду, а затем длина волны в метрах). Скорость распространения обычно равна скорости света при расчете длины волны сигнала на открытом воздухе или в вакууме, но будет меньше, если линия передачи имеет коэффициент скорости менее 1.

Если «длинная» линия считается длиной не менее 1/4 длины волны, вы можете понять, почему все соединительные линии в обсуждаемых схемах считаются «короткими». Для системы питания переменного тока частотой 60 Гц линии электропередачи Должны превышать 775 миль в длину, пока эффекты времени распространения не станут значительными. Кабели, соединяющие аудиоусилитель с громкоговорителями, должны были бы превышать 4,65 мили в длину, прежде чем отражения линии значительно повлияют на звуковой сигнал 10 кГц!

Однако, имея дело с радиочастотными системами, длина линии передачи далеко не тривиальна. Рассмотрим радиосигнал 100 МГц: его длина волны составляет всего 9,8202 фута, даже при полной скорости распространения света (186 000 миль / с). Линия передачи, несущая этот сигнал, не должна быть больше, чем приблизительно 2-1 / 2 фута в длину, чтобы считаться «длинной!» При коэффициенте скорости кабеля 0,66 эта критическая длина сокращается до 1,62 фута.

Когда электрический источник подключен к нагрузке через «короткую» линию передачи, импеданс нагрузки доминирует в цепи. Это означает, что когда линия короткая, ее собственный характерный импеданс мало влияет на поведение схемы. Мы видим это при тестировании коаксиального кабеля с омметром: кабель считывается «разомкнутым» от центрального проводника к внешнему проводнику, если конец кабеля остается без конца. Хотя линия работает как резистор в течение очень короткого периода времени после подключения счетчика (около 50 Ом для кабеля RG-58 / U), он сразу же ведет себя как простая «разомкнутая цепь»: импеданс линии открытый конец. Так как комбинированное время отклика омметра и использующего его человека значительно превышает время распространения в обратном направлении вверх и вниз по кабелю, оно «электрически короткое» для этого приложения, и мы регистрируем только конечный (нагрузочный) импеданс. Именно экстремальная скорость распространяемого сигнала делает невозможным обнаружение переходного импеданса 50 Ом на кабеле с омметром.

Если мы используем коаксиальный кабель для проведения постоянного напряжения или тока на нагрузку, и никакой компонент в цепи не способен достаточно быстро измерить или реагировать, чтобы «заметить» отраженную волну, кабель считается «электрически коротким» и его импеданс Не имеет никакого отношения к функции схемы. Обратите внимание на то, как электрическая «короткость» кабеля относится к приложению: в цепи постоянного тока, где значения напряжения и тока меняются медленно, почти любая физическая длина кабеля будет считаться «короткой» с точки зрения характеристического импеданса и отраженных волн. Однако, используя ту же длину кабеля, и использование его для проведения высокочастотного переменного сигнала может привести к значительно другой оценке «короткого замыкания» этого кабеля.

Когда источник подключен к нагрузке через «длинную» линию передачи, собственный характерный импеданс линии доминирует над сопротивлением нагрузки при определении поведения схемы. Другими словами, электрически «длинная» линия выступает в качестве основного компонента схемы, ее собственные характеристики затмевают нагрузку. При подключении источника, подключенного к одному концу кабеля, и нагрузки к другому, ток, исходящий от источника, является функцией, главным образом, линии, а не нагрузки. Это все более верно, чем длиннее линия передачи. Рассмотрим наш гипотетический кабель длиной 50 Ом бесконечной длины, безусловно, конечный пример «длинной» линии передачи: независимо от того, какую нагрузку мы подключаем к одному концу этой линии, источник (подключенный к другому концу) будет видеть только 50 Ω импеданса, поскольку бесконечная длина линии препятствует достижению сигнала до конца, где подключена нагрузка. В этом случае импеданс линии исключительно определяет поведение схемы, делая нагрузку абсолютно неактуальной.

Самый эффективный способ минимизировать влияние длины линии передачи на поведение схемы - соответствовать характеристическому импедансу линии к импедансу нагрузки. Если импеданс нагрузки равен импедансу линии, то любой источник сигнала, подключенный к другому концу линии, «будет видеть» то же самое полное сопротивление и будет иметь то же самое количество тока, набранного из него, независимо от длины линии. В этом состоянии идеального соответствия импеданса длина линии влияет только на величину задержки времени от вылета сигнала у источника до поступления сигнала на нагрузку. Однако идеальное совпадение импедансов линий и нагрузки не всегда практично или возможно.

В следующем разделе рассматриваются эффекты «длинных» линий передачи, особенно когда длина линии соответствует конкретным фракциям или кратным длине волны сигнала.

  • ОБЗОР:
  • Коаксиальная кабельная система иногда используется в цепях постоянного и низкочастотного переменного тока, а также в высокочастотных цепях, что обеспечивает превосходную устойчивость к индуцированному «шуму», который он обеспечивает для сигналов.
  • Когда период передаваемого напряжения или токового сигнала значительно превышает время распространения для линии передачи, линия считается электрически короткой . И наоборот, когда время распространения является большой или кратной периоду сигнала, линия считается электрически длинной .
  • Длина волны сигнала - это физическое расстояние, которое оно будет распространяться в промежутке времени одного периода. Длина волны вычисляется по формуле λ = v / f, где «λ» - длина волны, «v» - скорость распространения, а «f» - частота сигнала.
  • Правило большого пальца для «короткого замыкания» линии передачи состоит в том, что линия должна быть не менее 1/4 длины волны, прежде чем она будет считаться «длинной».
  • В цепи с «короткой» линией доминирует принцип работы («нагрузка»). Источник фактически не видит ничего, кроме импеданса нагрузки, за исключением любых резистивных потерь в линии передачи.
  • В схеме с «длинной» линией доминирует характерный импеданс линии. Конечным примером этого является линия передачи бесконечной длины: поскольку сигнал никогда не достигнет импеданса нагрузки, источник только «видит» характеристический импеданс кабеля.
  • Когда линия передачи завершается нагрузкой, точно соответствующей ее импедансу, нет отраженных волн и, следовательно, нет проблем с длиной линии.
 
Для тебя
Читай