¿Cómo entender la línea de transmisión sin precedentes?
en un ejemplo de línea de transmisión normal, que se muestra como el caso 1 en la imagen a continuación, la ruta de la señal y la ruta de retorno son paralelas entre sí, digamos que la señal tarda 1 ns en propagarse del lado izquierdo al lado derecho.
sin embargo, para el caso 2, los dos caminos no están en paralelo entre sí, entonces, ¿cuánto tarda la señal en propagarse de un extremo al otro? ¿Sigue siendo 1ns? ¿La corriente en la señal y la ruta de retorno llegan al final al mismo tiempo?
Gracias por tu respuesta.
Respuestas
Entonces, en primer lugar, esto se vuelve mucho más fácil de visualizar cómo se comporta si simplemente rotas la imagen un poco así:
Ahora podemos ver que para la mayor parte de la longitud de la TL, los dos cables están equilibrados y son equivalentes entre sí. Es solo en el extremo donde un cable es un poco más largo y sobresale sin el componente correspondiente en el extremo +. Esto tiene sentido cuando se da cuenta de que, debido al retraso de propagación, una señal que viaja a lo largo de la línea de alimentación, antes de que se desarrollen los reflejos, no tiene idea de lo que habrá en el otro extremo. Por lo tanto, al principio no se comportará de manera diferente por lo que está en el otro extremo, al menos no hasta que llegue allí, pero llegaremos a eso.
En este punto podemos pensar en la línea de alimentación básicamente como una línea balanceada donde la permitividad del espacio libre es una constante, al igual que el diámetro del alambre, la única parte que cambia a lo largo de la línea es la separación de las líneas. Veamos la ecuación de la impedancia característica de una línea balanceada:
\$Z_0 = \frac{276}{\sqrt{k}} \cdot \log(\frac{d}{r})\$
Aquí \$k\$es la permitividad del dieléctrico (que es aire y por lo tanto muy cercano a 1), \$d\$es la distancia entre los cables, y \$r\$es el radio del diámetro del alambre. Dado que en esta configuración todo se mantiene constante excepto \$d\$Debería ser inmediatamente obvio que a medida que la línea de alimentación avanza del lado izquierdo al lado derecho, la impedancia característica aumentará monotónicamente de manera logarítmica, en otras palabras, tenemos una línea balanceada donde la impedancia característica aumenta a medida que avanza por la línea.
Ahora es interesante notar que si no tuviéramos una línea más larga que la otra y tuviéramos que usar esta línea de transmisión para conectar una línea balanceada normal (con separación fija) a otra con una separación diferente, en realidad obtendríamos una banda ancha segmento de adaptación de impedancia. De hecho, ni siquiera necesita conectar dos líneas de alimentación, este tipo de diseño también podría usarse para coincidir en el punto de alimentación de la antena. Hay un gran video antiguo que demuestra este principio usando ondas mecánicas, aunque es lo mismo con las ondas eléctricas, puedes ver el video aquí (realmente deberías verlo completo, pero estoy vinculado a la parte exacta del video donde discuten lo que acabo de mencionar).
Otra cosa a tener en cuenta es que si la separación de los cables se vuelve demasiado grande, la línea balanceada comenzará a irradiar. En ese punto sería similar a una antena dipolo en V invertida . Aproximadamente eso comenzaría a suceder si la distancia de separación con la que estamos tratando comenzara a acercarse a distancias similares a la longitud de onda de la frecuencia que está transportando. Siempre que la separación de la línea de alimentación sea significativamente menor que la longitud de onda, la separación de las líneas por sí sola no causaría una radiación significativa en el campo lejano, aunque al igual que una línea equilibrada normal, se vería afectada por influencias en el campo cercano. incluyendo acoplarse inductivamente con metal en su entorno.
Entonces, realmente, lo único que tenemos que razonar ahora es una vez que la señal llega al final de los cables emparejados, ¿cómo responde a tener una longitud adicional de cable colgando del extremo? Podríamos razonar efectivamente sobre ese escenario al considerar cómo respondería una línea de alimentación normal si tuviera un cable suelto de cierta longitud conectado a uno de sus cables en el otro extremo. Esto formaría efectivamente una antena de un solo cable, dependiendo de su longitud y la frecuencia de la señal determinaría qué tan buena es una antena y si irradiaría en absoluto. Estos tipos de antenas no son nada raros, la mayoría de las radios FM tienen una configuración similar, pero la línea de alimentación no está tan mal diseñada como suele estar aquí. Si la longitud del cable se acerca a la de la longitud de onda, es probable que hasta cierto punto actúe como una antena. si es significativamente más corto, entonces no lo hará. Independientemente, el "punto de alimentación" efectivo de la antena sería la longitud del más corto de los dos cables. Lo que verá es que una parte de la señal incidente se reflejará en este punto de alimentación, proporcional al grado de desajuste de impedancia con el cable de la antena, y una parte de la señal se irradiará desde el segmento de cable adicional.
Ahora, por lo general, si uno quisiera crear una línea balanceada que vaya a una antena de un solo cable (que llamaríamos antena no balanceada), entonces la forma correcta de hacerlo sería con un balun, que convierte una línea balanceada en una no balanceada, típicamente estarían conectados a tierra, lo que sirve para algunos propósitos, tenga en cuenta que la otra mitad de una antena desequilibrada es la tierra, o un contrapeso o algún otro plano de tierra conductor de metal.
Sin embargo, debido a que esta configuración no tiene un Balun, lo que verá es que su elemento inferior irradiará una parte de la energía y el elemento superior no. Normalmente, un balun garantizaría que las dos líneas mantengan una potencia equilibrada. Esto significa que en la onda reflejada ahora tendrá una situación llamada señal de modo común. En esa situación, parte de la señal está balanceada, pero cualquier porción que una de las líneas tenga en exceso es la porción de modo común. La parte balanceada de la señal continuará propagándose normalmente a lo largo de la línea de transmisión, donde la señal de modo común actuará como si el cable fuera otra antena, pero esta vez la antena para la parte de modo común de la señal es la antena completa. longitud de la línea de transmisión. Sin una señal opuesta para equilibrarlo, esto significa que se irradiará si los cables son lo suficientemente largos.