18 | 11 | 2017
Друзья
Главное меню
Смотри
Статистика
Пользователи : 1
Статьи : 2824
Просмотры материалов : 7894527

Посетители
Рейтинг@Mail.ru
Советую
Online
  • [Bot]
Сейчас на сайте:
  • 22 гостей
  • 1 робот
Новые пользователи:
  • Administrator
Всего пользователей: 1
RSS
Подписка на новости
Линии передачи конечной длины PDF Печать E-mail
Автор: Administrator   
03.07.2017 12:52

Линии передачи конечной длины

Глава 14 - Линии передачи


Линия передачи бесконечной длины - интересная абстракция, но физически невозможная. Все линии передачи имеют некоторую конечную длину и, как таковые, не ведут себя точно так же, как бесконечная линия. Если бы этот кусок кабеля 50 Ом «RG-58 / U», измеренный омметром несколько лет назад, был бесконечно длинным, я бы смог измерить сопротивление 50 Ом между внутренним и внешним проводниками. Но он не был бесконечным по длине, и поэтому он измерялся как «открытое» (бесконечное сопротивление).

Тем не менее, характерный импеданс линии передачи данных важен даже при ограниченных длинах. Более старый термин для характерного импеданса, который мне нравится для его описательной величины, является волновым сопротивлением . Если к концу линии передачи применяется переходное напряжение («всплеск»), линия будет вытягивать ток, пропорциональный величине волнового напряжения, деленному на волновое сопротивление линии (I = E / Z). Это простое соотношение законов Ома между током и напряжением будет действовать в течение ограниченного периода времени, но не на неопределенный срок.

Если конец линии передачи разомкнут, то есть остался несвязным - текущая «волна», распространяющаяся по длине линии, должна остановиться в конце, так как электроны не могут течь там, где нет непрерывного пути. Это резкое прекращение тока на конце линии приводит к возникновению «скопления» по длине линии передачи, поскольку электроны последовательно не находят места для выхода. Представьте себе поезд, идущий по трассе с провисанием между муфтами железнодорожных вагонов: если ведущий автомобиль внезапно врезается в неподвижную баррикаду, он остановится, в результате чего один за ним остановится, как только первый провал сцепления , Что заставляет следующий железнодорожный вагон останавливаться, как только провисание следующей муфты поднимается, и так далее, пока последний железнодорожный автомобиль не остановится. Поезд не останавливается вместе, а скорее в последовательности от первого автомобиля до последнего: (рисунок ниже )



Отраженная волна.


Сигнал, распространяющийся от истока линии передачи до конца нагрузки, называется падающей волной . Распространение сигнала от конца нагрузки до конца источника (например, то, что произошло в этом примере с током, встречающимся с концом линии с замкнутым контуром), называется отраженной волной .

Когда этот электрон «накапливается» распространяется обратно на батарею, ток на батарее прекращается, и линия действует как простая разомкнутая цепь. Все это происходит очень быстро для линий передачи разумной длины, и поэтому измерение омметра линии никогда не показывает краткий период времени, когда линия фактически ведет себя как резистор. Для кабеля длиной в милю с коэффициентом скорости 0,66 (скорость распространения сигнала составляет 66% от скорости света или 122 760 миль в секунду), для прохождения сигнала от одного канала требуется всего 1/122 760 секунд (8,166 мкс) Конец другому. Чтобы текущий сигнал достиг конца линии и «отразился» назад к источнику, время округления вдвое превышает этот показатель, или 16,292 мкс.

Высокоскоростные измерительные приборы могут снова обнаружить это время перехода от источника к линейному и обратно к источнику и могут использоваться для определения длины кабеля. Этот метод также может быть использован для определения наличия и местоположения разрыва в одном или обоих проводниках кабеля, поскольку ток будет «отражать» от разрыва провода так же, как он отключится от конца кабеля с замкнутым контуром. Приборы, предназначенные для таких целей, называются временными рефлектометрами (TDR). Основной принцип идентичен принципу поиска сонара: генерирует звуковой импульс и измеряет время, необходимое для возвращения эха.

Подобное явление имеет место, если конец линии передачи короткозамкнуто: когда фронт волны напряжения достигает конца линии, он возвращается обратно к источнику, потому что напряжение не может существовать между двумя электрически общими точками. Когда эта отраженная волна достигает источника, источник видит всю линию передачи как короткое замыкание. Опять же, это происходит так же быстро, как сигнал может распространяться в направлении туда и обратно по линии передачи с любой скоростью, разрешенной диэлектрическим материалом между проводниками линии.

Простой эксперимент иллюстрирует явление отражения волн в линиях передачи. Возьмите длинную веревку на один конец и «взбивайте» ее быстрым движением вверх и вниз запястья. Можно увидеть волну, двигающуюся вниз по длине каната, пока она полностью не рассеется из-за трения: (рисунок ниже )



Линейная линия передачи.


Это аналогично длинной линии передачи с внутренними потерями: сигнал неуклонно растет слабее, когда он распространяется по длине линии, никогда не отражаясь на источнике. Однако, если дальний конец веревки закреплен на твердом объекте в точке до полной диссипации падающей волны, вторая волна будет отражена обратно в вашу руку: (рисунок ниже )



Отраженная волна.


Как правило, целью линии передачи является передача электрической энергии из одной точки в другую. Даже если сигналы предназначены только для информации, а не для питания какого-либо значительного нагрузочного устройства, идеальная ситуация будет заключаться в том, чтобы вся исходная энергия сигнала перемещалась от источника к нагрузке, а затем полностью поглощалась или рассеивалась нагрузкой Для максимального отношения сигнал / шум. Таким образом, «потеря» вдоль длины линии передачи нежелательна, как отраженные волны, поскольку отраженная энергия - это энергия, не доставляемая на конечное устройство.

Отражения могут быть исключены из линии передачи, если импеданс нагрузки в точности равен характеристическому («волновому») сопротивлению линии. Например, коаксиальный кабель 50 Ом, который либо разомкнут, либо закорочен, отразит всю энергию падающего тока на источнике. Однако, если резистор 50 Ом подключен к концу кабеля, не будет отраженной энергии, и вся энергия сигнала рассеивается резистором.

Это имеет смысл, если мы вернемся к нашему гипотетическому примеру линии передачи бесконечной длины. Линия передачи 50 Ом характеристического импеданса и бесконечной длины ведет себя точно так же, как сопротивление 50 Ом, измеренное с одного конца. (Рисунок ниже )

Если мы разрежем эту линию до некоторой конечной длины, она будет вести себя как резистор 50 Ом постоянному источнику постоянного напряжения в течение короткого времени, но затем вести себя как открытое или короткое замыкание, в зависимости от того, какое условие мы оставляем Конец разреза линии: открыть (рисунок ниже )

Или закорочен. (Рисунок ниже )

Однако, если мы закончим линию с резистором 50 Ом, линия снова будет вести себя как резистор 50 Ом неограниченно: так же, как если бы она была бесконечной длины снова: (рисунок ниже )



Бесконечная линия передачи выглядит как резистор.

 



Передача на одну милю.

 



Закороченная линия передачи.

 



Линия завершена в характеристическом импедансе.


По сути, согласующий резистор, соответствующий естественному импедансу линии передачи, линия «появляется» бесконечно долго с точки зрения источника, поскольку резистор имеет способность вечно рассеивать энергию таким же образом, что линия передачи бесконечной длины Способный вечно поглощать энергию.

Отраженные волны также проявятся, если оконечное сопротивление не точно равно характеристическому импедансу линии передачи, а не только если линия оставлена ​​несвязной (открытой) или перемычкой (закорочена). Хотя отражение энергии не будет полным с конечным полным сопротивлением незначительного рассогласования, оно будет частичным. Это происходит независимо от того, больше или меньше оконечное сопротивление больше или равно характеристическому импедансу линии.

Повторные отражения отраженной волны могут также возникать на конце источника линии передачи, если внутренний импеданс источника (эквивалентный импеданс Thevenin) не точно равен характеристическому импедансу линии. Отраженная волна, возвращающаяся обратно к источнику, будет полностью рассеиваться, если импеданс источника соответствует линии, но будет отражен назад к концу линии, как и другая падающая волна, по крайней мере частично, если импеданс источника не соответствует линии. Этот тип отражения может быть особенно неприятным, так как кажется, что источник передал другой импульс.

  • ОБЗОР:
  • Характеристический импеданс также известен как волновое сопротивление , обусловленное временным резистивным поведением любой длины линии передачи.
  • Линия передачи конечной длины будет появляться на источнике постоянного тока в качестве постоянного сопротивления в течение некоторого короткого времени, а затем, как любой импеданс, с которым заканчивается линия. Таким образом, открытый кабель просто считывается «открыто» при измерении омметром и «закорочен», когда его конец закорочен.
  • Сигнал перехода («всплеск»), подаваемый на один конец короткой замыкающей или короткозамкнутой линии передачи, «отразится» от дальнего конца линии в качестве вторичной волны. Сигнал, проходящий по линии передачи от источника к нагрузке, называется падающей волной ; Сигнал «отскочил» от конца линии передачи, перемещаясь от нагрузки к источнику, называется отраженной волной .
  • Отраженные волны также появятся в линиях передачи, оканчивающихся резисторами, которые не точно соответствуют характеристическому импедансу.
  • Линия передачи конечной длины может быть представлена ​​бесконечной по длине, если ее сопротивление равным значению соответствует характеристическому импедансу линии. Это устраняет все отражения сигнала.
  • Отраженная волна может снова отразиться от конца источника линии передачи, если внутренний импеданс источника не соответствует характеристическому импедансу линии. Эта повторно отраженная волна появится, конечно, как другой импульсный сигнал, передаваемый от источника.
 
Для тебя
Читай