Wie kann man eine beispiellose Übertragungsleitung verstehen?
In einem Beispiel einer normalen Übertragungsleitung, wie im unteren Bild als Fall 1 gezeigt, sind der Signalpfad und der Rückpfad parallel zueinander, sagen wir, es dauert 1 ns, bis sich das Signal von der linken Seite zur rechten Seite ausbreitet.
In Fall 2 sind die beiden Pfade jedoch nicht parallel zueinander. Wie lange dauert es dann, bis sich das Signal von einem Ende zum anderen ausbreitet? Ist es immer noch 1ns? reicht der Strom in Signal- und Rückweg gleichzeitig bis zum Ende?
Danke für deine Antwort.
Antworten
Zunächst einmal wird es viel einfacher, sich vorzustellen, wie es sich verhält, wenn Sie das Bild nur ein wenig wie folgt drehen:
Wir können jetzt sehen, dass die beiden Drähte für den größten Teil der Länge des TL ausgeglichen und gleichwertig sind. Nur ganz am Ende ist eine Ader etwas länger und ragt ohne passendes Bauteil am + Ende heraus. Dies ist sinnvoll, wenn Sie aufgrund der Ausbreitungsverzögerung feststellen, dass ein Signal, das sich entlang der Speiseleitung ausbreitet, bevor irgendwelche Reflexionen entwickelt werden, keine Ahnung hat, was am anderen Ende sein wird. Es wird sich also zunächst nicht anders verhalten als das, was am anderen Ende ist, zumindest nicht, bis es dort ankommt, aber dazu kommen wir noch.
An diesem Punkt können wir uns die Speiseleitung im Grunde als eine ausgeglichene Leitung vorstellen, bei der die Permittivität des freien Raums eine Konstante ist, ebenso wie der Drahtdurchmesser. Der einzige Teil, der sich entlang der Leitung ändert, ist die Trennung der Leitungen. Schauen wir uns die Gleichung für den Wellenwiderstand einer symmetrischen Leitung an:
\$Z_0 = \frac{276}{\sqrt{k}} \cdot \log(\frac{d}{r})\$
Hier \$k\$ist die Permittivität des Dielektrikums (das Luft ist und daher sehr nahe bei 1 liegt), \$d\$ist der Abstand zwischen den Drähten und \$r\$ist der Radius des Drahtdurchmessers. Da in diesem Setup alles außer \ konstant gehalten wird$d\$Es sollte sofort ersichtlich sein, dass die charakteristische Impedanz beim Fortschreiten der Speiseleitung von der linken zur rechten Seite monoton logarithmisch zunimmt, mit anderen Worten, wir haben eine symmetrische Leitung, bei der die charakteristische Impedanz zunimmt, wenn Sie sich entlang der Leitung bewegen.
Nun ist es interessant festzustellen, dass, wenn wir keine Leitung länger als die andere hätten und diese Übertragungsleitung verwenden würden, um eine normale symmetrische Leitung (mit fester Trennung) mit einer anderen mit einer anderen Trennung zu verbinden, wir tatsächlich ein Breitband erhalten würden Impedanzanpassungssegment. Tatsächlich müssen nicht einmal zwei Speiseleitungen miteinander verbunden werden, diese Art von Design könnte auch zur Anpassung am Antennenspeisepunkt verwendet werden. Es gibt ein großartiges altes Video, das dieses Prinzip mit mechanischen Wellen demonstriert, obwohl es mit elektrischen Wellen dasselbe ist, können Sie das Video hier sehen (Sie sollten sich wirklich das Ganze ansehen, aber ich bin mit dem genauen Teil des Videos verlinkt, in dem sie besprechen was ich gerade erwähnt habe).
Eine andere zu beachtende Sache ist, dass die symmetrische Leitung zu strahlen beginnt, wenn der Abstand der Drähte zu groß wird. An diesem Punkt wäre es einer invertierten V-Dipolantenne ähnlich . Dies würde ungefähr beginnen, wenn der Trennungsabstand, mit dem wir es zu tun haben, sich Entfernungen nähert, die der Wellenlänge der Frequenz entsprechen, die er trägt. Solange der Abstand der Speiseleitung deutlich kleiner als die Wellenlänge ist, würde die Trennung der Leitungen allein nicht dazu führen, dass sie im Fernfeld wesentlich abstrahlt, obwohl sie wie eine gewöhnliche symmetrische Leitung durch Einflüsse im Nahfeld beeinflusst würde. einschließlich einer induktiven Kopplung mit Metall in seiner Umgebung.
Das einzige, worüber wir uns jetzt Gedanken machen müssen, ist, wie es reagiert, wenn das Signal am Ende der gepaarten Drähte ankommt, wenn eine zusätzliche Drahtlänge am Ende hängt. Wir könnten über dieses Szenario effektiv nachdenken, indem wir überlegen, wie eine gewöhnliche Speiseleitung reagieren würde, wenn ein loser Draht von einiger Länge an nur einem ihrer Drähte am anderen Ende befestigt wäre. Dies würde effektiv eine Eindrahtantenne bilden, die abhängig von ihrer Länge und der Frequenz des Signals bestimmen würde, wie gut eine Antenne ist und ob sie überhaupt strahlen würde. Diese Art von Antenne ist überhaupt nicht ungewöhnlich, die meisten UKW-Radios haben einen ähnlichen Aufbau, aber die Zuleitung ist nicht so schlecht ausgelegt, wie es hier normalerweise der Fall ist. Wenn sich die Länge des Drahtes der Wellenlänge annähert, wirkt er wahrscheinlich bis zu einem gewissen Grad wie eine Antenne. wenn es deutlich kürzer ist, dann nicht. Unabhängig davon wäre der effektive "Speisepunkt" der Antenne die Länge des kürzeren der beiden Drähte. Was Sie sehen werden, ist, dass ein Teil des einfallenden Signals an diesem Speisepunkt reflektiert wird, proportional zum Grad der Impedanzfehlanpassung mit dem Antennendraht, und ein Teil des Signals von dem zusätzlichen Drahtsegment abgestrahlt wird.
Wenn man nun normalerweise eine symmetrische Leitung erstellen möchte, die in eine Eindrahtantenne (die wir als unsymmetrische Antenne bezeichnen würden) führt, wäre dies normalerweise mit einem Balun der richtige Weg, der eine symmetrische Leitung in eine unsymmetrische umwandelt Sie würden an der Erdung befestigt, die einigen Zwecken dient. Denken Sie daran, dass die andere Hälfte einer unsymmetrischen Antenne entweder die Erde oder ein Gegengewicht oder eine andere leitfähige Erdungsebene aus Metall ist.
Da dieses Setup jedoch keinen Balun hat, werden Sie sehen, dass Ihr unteres Element einen Teil der Energie abstrahlt und das obere Element nicht. Normalerweise würde ein Balun sicherstellen, dass die beiden Leitungen eine ausgeglichene Leistung beibehalten. Dies bedeutet, dass Sie in der reflektierten Welle jetzt eine Situation haben, die als Gleichtaktsignal bezeichnet wird. In dieser Situation ist ein Teil des Signals symmetrisch, aber jeder Teil, den eine der Leitungen überschüssig hat, ist der Gleichtaktteil. Der symmetrische Teil des Signals breitet sich weiterhin normal entlang der Übertragungsleitung zurück aus, wobei das Gleichtaktsignal so wirkt, als ob der Draht eine weitere Antenne wäre, aber dieses Mal ist die Antenne für den Gleichtaktteil des Signals die gesamte Länge der Übertragungsleitung. Ohne entgegengesetztes Signal zum Ausgleich bedeutet dies, dass es strahlt, wenn die Drähte lang genug sind.