come capire la linea di trasmissione senza precedenti?
in un normale esempio di linea di trasmissione, mostrato come case-1 nell'immagine sotto, il percorso del segnale e il percorso di ritorno sono paralleli tra loro, diciamo che ci vuole 1ns perché il segnale si propaghi dal lato sinistro al lato destro.
tuttavia, per il caso 2, i due percorsi non sono in parallelo tra loro, allora quanto tempo impiega il segnale a propagarsi da un capo all'altro? È ancora 1ns? la corrente nel segnale e nel percorso di ritorno arriva alla fine contemporaneamente?
Grazie per la tua risposta.
Risposte
Quindi, prima di tutto, diventa molto più facile visualizzare come si comporta se ruoti l'immagine un po' in questo modo:
Possiamo ora vedere che per la maggior parte della lunghezza del TL i due fili sono bilanciati ed equivalenti tra loro. È solo all'estremità dove un filo è un po' più lungo e sporge senza un componente corrispondente all'estremità +. Ciò ha senso quando ti rendi conto che, a causa del ritardo di propagazione, un segnale che viaggia lungo la linea di alimentazione, prima che si sviluppino riflessioni, non ha idea di cosa ci sarà all'estremità. Quindi all'inizio non si comporterà in modo diverso rispetto a ciò che si trova all'estremità, almeno non finché non ci arriva, ma ci arriveremo.
A questo punto possiamo pensare alla linea di alimentazione sostanzialmente come una linea bilanciata dove la permittività dello spazio libero è una costante, così come il diametro del filo, l'unica parte che cambia lungo la linea è la separazione delle linee. Diamo un'occhiata all'equazione per l'impedenza caratteristica di una linea bilanciata:
\$Z_0 = \frac{276}{\sqrt{k}} \cdot \log(\frac{d}{r})\$
Qui \$k\$è la permittività del dielettrico (che è aria e quindi molto vicino a 1), \$d\$è la distanza tra i fili e \$r\$è il raggio del diametro del filo. Poiché in questa configurazione tutto è mantenuto costante tranne \$d\$dovrebbe essere immediatamente ovvio che man mano che la linea di alimentazione progredisce dal lato sinistro a quello destro l'impedenza caratteristica aumenterà monotonicamente in modo logaritmico, in altre parole, abbiamo una linea bilanciata in cui l'impedenza caratteristica aumenta man mano che ci si sposta lungo la linea.
Ora è interessante notare che se non avessimo una linea più lunga dell'altra e utilizzassimo questa linea di trasmissione per collegare una normale linea bilanciata (con separazione fissa) a un'altra con una separazione diversa, otterremmo effettivamente una banda larga segmento di adattamento di impedenza. In effetti non è nemmeno necessario collegare insieme due linee di alimentazione, questo tipo di design potrebbe essere utilizzato anche per corrispondere al punto di alimentazione dell'antenna. C'è un fantastico vecchio video che dimostra questo principio usando le onde meccaniche, anche se è lo stesso con le onde elettriche, puoi vedere il video qui (dovresti davvero guardare tutto ma sono collegato alla parte esatta del video in cui discutono quello che ho appena detto).
Un'altra cosa da notare è che se la separazione dei fili diventa eccessiva, la linea bilanciata inizierà a irradiarsi. A quel punto sarebbe simile a un'antenna a dipolo a V rovesciata . Ciò inizierebbe approssimativamente ad accadere se la distanza di separazione con cui abbiamo a che fare iniziasse ad avvicinarsi a distanze simili alla lunghezza d'onda della frequenza che sta trasportando. Finché la separazione della linea di alimentazione è significativamente inferiore alla lunghezza d'onda, la separazione delle linee da sola non la farebbe irradiare in modo significativo nel campo lontano, sebbene come una normale linea bilanciata sarebbe influenzata dalle influenze nel campo vicino, incluso l'accoppiamento induttivo con il metallo nei suoi dintorni.
Quindi davvero l'unica cosa su cui dobbiamo ragionare ora è una volta che il segnale arriva alla fine dei fili accoppiati, come risponde ad avere una lunghezza extra di filo che pende dall'estremità. Potremmo effettivamente ragionare su questo scenario considerando come una normale linea di alimentazione risponderebbe ad avere un filo sciolto di una certa lunghezza attaccato a uno solo dei suoi fili all'estremità opposta. Ciò formerebbe effettivamente un'antenna a filo singolo, a seconda della sua lunghezza e della frequenza del segnale determinerebbe quanto è buona un'antenna e se si irradierebbe affatto. Questi tipi di antenne non sono affatto rari, la maggior parte delle radio FM ha una configurazione simile, tuttavia la linea di alimentazione non è così mal progettata come in genere qui. Se la lunghezza del filo si avvicina a quella della lunghezza d'onda, probabilmente agirà come un'antenna in una certa misura, se è significativamente più corto, non lo farà. Indipendentemente dal fatto che l'effettivo "punto di alimentazione" dell'antenna sarebbe la lunghezza del più corto dei due fili. Quello che vedrai è che una parte del segnale incidente si rifletterà in questo punto di alimentazione, proporzionale al grado di disadattamento di impedenza con il filo dell'antenna, e una parte del segnale si irradierà dal segmento di filo aggiuntivo.
Ora, in genere, se si volesse creare una linea bilanciata che va in un'antenna a un filo (che chiameremmo antenna sbilanciata), allora il modo corretto per farlo sarebbe con un balun, che converte una linea bilanciata in una sbilanciata, tipicamente sarebbero collegati alla messa a terra che serve ad alcuni scopi, tieni presente che l'altra metà di un'antenna sbilanciata è il terreno, o un contrappeso o qualche altro piano di massa conduttivo metallico.
Tuttavia, poiché questa configurazione non ha un Balun, ciò che vedrai è che il tuo elemento inferiore irradierà una parte di energia e l'elemento superiore no. Normalmente un balun assicurerebbe che le due linee mantengano una potenza bilanciata. Ciò significa che nell'onda riflessa ora avrai una situazione chiamata segnale di modo comune. In quella situazione una parte del segnale è bilanciata, ma qualsiasi parte di una delle linee abbia un eccesso è la parte di modo comune. La parte bilanciata del segnale continuerà a propagarsi normalmente lungo la linea di trasmissione, dove il segnale di modo comune agirà come se il filo fosse un'altra antenna, ma questa volta l'antenna per la parte di modo comune del segnale è l'intera lunghezza della linea di trasmissione. Senza alcun segnale opposto per bilanciarlo, significa che si irradierà se i fili sono abbastanza lunghi.