jak rozumieć niezrównaną linię przesyłową?
w przykładzie z normalną linią transmisyjną, pokazanym jako przypadek 1 na poniższym rysunku, ścieżka sygnału i ścieżka powrotna są do siebie równoległe, powiedzmy, że propagacja sygnału z lewej strony na prawą zajmuje 1ns.
jednak w przypadku-2 te dwie ścieżki nie są równoległe do siebie, to jak długo trwa propagacja sygnału z jednego końca na drugi? Czy to nadal 1ns? czy prąd w ścieżce sygnałowej i powrotnej dociera do końca w tym samym czasie?
Dziękuję za odpowiedź.
Odpowiedzi
Po pierwsze, o wiele łatwiej będzie wyobrazić sobie, jak się zachowuje, jeśli po prostu obrócisz obraz trochę w ten sposób:
Widzimy teraz, że dla większości długości TL oba przewody są zrównoważone i równoważne ze sobą. Dopiero na samym końcu jeden drut jest nieco dłuższy i odstaje bez pasującego komponentu na końcu +. Ma to sens, gdy zdasz sobie sprawę, że ze względu na opóźnienie propagacji sygnał podróżujący wzdłuż linii zasilającej, przed wywołaniem jakichkolwiek odbić, nie ma pojęcia, co będzie na drugim końcu. Więc nie będzie zachowywał się inaczej, biorąc pod uwagę to, co na początku jest na drugim końcu, przynajmniej nie dopóki tam dotrze, ale do tego dojdziemy.
W tym momencie możemy myśleć o linii zasilającej jako o linii zrównoważonej, w której przenikalność wolnej przestrzeni jest stała, podobnie jak średnica drutu, jedyną częścią, która zmienia się wzdłuż linii, jest separacja linii. Spójrzmy na równanie na impedancję charakterystyczną zrównoważonej linii:
\$Z_0 = \frac{276}{\sqrt{k}} \cdot \log(\frac{d}{r})\$
Tutaj \$k\$jest przenikalnością elektryczną dielektryka (czyli powietrza, a więc bardzo zbliżoną do 1), \$d\$to odległość między przewodami, a \$r\$jest promieniem średnicy drutu. Ponieważ w tej konfiguracji wszystko jest stałe, poza \$d\$ Powinno być od razu oczywiste, że wraz z postępem linii zasilającej z lewej strony na prawą impedancja charakterystyczna będzie monotonicznie rosnąć logarytmicznie, innymi słowy, mamy zrównoważoną linię, w której charakterystyczna impedancja rośnie w miarę przesuwania się wzdłuż linii.
Teraz warto zauważyć, że gdybyśmy nie mieli jednej linii dłuższej od drugiej i mielibyśmy użyć tej linii transmisyjnej do połączenia jednej normalnej linii zbalansowanej (ze stałą separacją) z inną z inną separacją, otrzymalibyśmy łącze szerokopasmowe segment dopasowania impedancji. W rzeczywistości nie musi nawet łączyć ze sobą dwóch linii zasilających, tego rodzaju konstrukcja może być również wykorzystana do dopasowania w punkcie zasilania anteny. Jest świetny stary film, który demonstruje tę zasadę za pomocą fal mechanicznych, chociaż jest to to samo z falami elektrycznymi, możesz zobaczyć wideo tutaj (naprawdę powinieneś obejrzeć całość, ale jestem powiązany z dokładną częścią wideo, w której omawiają o czym właśnie wspomniałem).
Jeszcze jedna rzecz, na którą należy zwrócić uwagę, to fakt, że jeśli separacja przewodów stanie się zbyt duża, zrównoważona linia zacznie promieniować. W tym momencie byłoby to podobne do anteny dipolowej odwróconej vee . To w przybliżeniu zaczęłoby się dziać, gdyby odległość separacji, z którą mamy do czynienia, zaczęła zbliżać się do odległości podobnych do długości fali częstotliwości, którą przenosi. Tak długo, jak separacja linii zasilającej jest znacznie mniejsza niż długość fali, wtedy sama separacja linii nie spowodowałaby znacznego promieniowania w polu dalekim, chociaż podobnie jak zwykła linia zrównoważona byłaby pod wpływem wpływów w polu bliskim, włączając w to sprzężenie indukcyjne z metalem w swoim otoczeniu.
Tak naprawdę jedyną rzeczą, o której musimy teraz wnioskować, jest to, że kiedy sygnał dotrze do końca sparowanych przewodów, jak reaguje na posiadanie dodatkowej długości przewodu zwisającego z końca. Moglibyśmy skutecznie uzasadnić ten scenariusz, rozważając, jak zwykła linia zasilająca zareagowałaby na posiadanie luźnego przewodu o pewnej długości podłączonego tylko do jednego z przewodów na drugim końcu. To skutecznie utworzyłoby antenę jednoprzewodową, w zależności od jej długości i częstotliwości sygnału, które określałyby, jak dobra jest to antena i czy w ogóle promieniowałaby. Tego rodzaju anteny nie są wcale rzadkie, większość radia FM ma podobną konfigurację, jednak linia zasilająca nie jest tak słabo zaprojektowana, jak tutaj zwykle. Jeśli długość przewodu zbliża się do długości fali, prawdopodobnie będzie do pewnego stopnia działać jak antena, jeśli jest znacznie krótsza, to nie będzie. Niezależnie od tego, efektywnym „punktem zasilania” anteny byłaby długość krótszego z dwóch przewodów. Zobaczysz, że pewna część sygnału padającego odbija się w tym punkcie zasilania, proporcjonalnie do stopnia niedopasowania impedancji do przewodu antenowego, a część sygnału będzie promieniować z dodatkowego odcinka przewodu.
Zwykle gdyby ktoś chciał stworzyć zbalansowaną linię przechodzącą do anteny jednoprzewodowej (którą nazwalibyśmy i antenę niezbalansowaną), to właściwym sposobem byłoby użycie baluna, który przekształca zbalansowaną linię w niezrównoważoną, zazwyczaj byłyby przymocowane do uziemienia, które służy kilku celom, należy pamiętać, że druga połowa niezrównoważonej anteny to albo ziemia, albo przeciwwaga lub inna metalowa przewodząca płaszczyzna uziemienia.
Jednak ponieważ ta konfiguracja nie ma Baluna, zobaczysz, że twój dolny element wypromieniuje pewną część energii, a górny nie. Zwykle balun zapewniłby obu liniom zrównoważoną moc. Oznacza to, że w fali odbitej będziesz miał teraz sytuację zwaną sygnałem w trybie wspólnym. W takiej sytuacji część sygnału jest zbalansowana, ale jakakolwiek część jednej z linii ma nadmiar, jest częścią trybu wspólnego. Zrównoważona część sygnału będzie nadal normalnie propagować z powrotem wzdłuż linii transmisyjnej, gdzie sygnał w trybie wspólnym będzie działał tak, jakby przewód był inną anteną, ale tym razem antena dla części sygnału wspólnego sygnału jest całością długość linii przesyłowej. Bez przeciwnego sygnału, który mógłby go zrównoważyć, oznacza to, że będzie on emitował, jeśli przewody są wystarczająco długie.