como entender linha de transmissão incomparável?
em um exemplo de linha de transmissão normal, mostrado como caso-1 na figura abaixo, o caminho do sinal e o caminho de retorno são paralelos um ao outro, digamos que leva 1ns para o sinal se propagar do lado esquerdo para o lado direito.
no entanto, para o caso 2, os dois caminhos não são paralelos um ao outro, então quanto tempo leva para o sinal se propagar de uma extremidade à outra? Ainda é 1ns? a corrente no sinal e o caminho de retorno chegam ao fim ao mesmo tempo?
Obrigado pela sua resposta.
Respostas
Então, primeiro, fica muito mais fácil visualizar como ela se comporta se você apenas girar a imagem um pouco assim:
Agora podemos ver que para a maior parte do comprimento do TL os dois fios são balanceados e equivalentes entre si. É apenas no final que um fio é um pouco mais longo e se destaca sem o componente correspondente na extremidade +. Isso faz sentido quando você percebe, devido ao atraso de propagação, que um sinal que viaja ao longo da linha de alimentação, antes de qualquer reflexão ser desenvolvida, não tem ideia do que estará na extremidade oposta. Portanto, ele não se comportará de maneira diferente do que está na outra extremidade a princípio, pelo menos não até chegar lá, mas chegaremos a isso.
Neste ponto podemos pensar na linha de alimentação basicamente como uma linha balanceada onde a permissividade do espaço livre é constante, assim como o diâmetro do fio, a única parte que muda ao longo da linha é a separação das linhas. Vejamos a equação para a impedância característica de uma linha balanceada:
\$Z_0 = \frac{276}{\sqrt{k}} \cdot \log(\frac{d}{r})\$
Aqui \$k\$é a permissividade do dielétrico (que é ar e, portanto, muito próximo de 1), \$d\$é a distância entre os fios, e \$r\$é o raio do diâmetro do fio. Como nesta configuração tudo é mantido constante, exceto \$d\$deve ser imediatamente óbvio que, à medida que a linha de alimentação progride do lado esquerdo para o lado direito, a impedância característica aumentará monotonicamente logaritmicamente, em outras palavras, temos uma linha balanceada onde a impedância característica aumenta à medida que você se move para baixo na linha.
Agora é interessante notar que se não tivéssemos uma linha mais longa que a outra e usássemos esta linha de transmissão para conectar uma linha balanceada normal (com separação fixa) a outra com separação diferente teríamos na verdade uma banda larga segmento de correspondência de impedância. Na verdade, ele nem precisa conectar duas linhas de alimentação, esse tipo de design também pode ser usado para corresponder ao ponto de alimentação da antena. Existe um ótimo vídeo antigo que demonstra esse princípio usando ondas mecânicas, embora seja o mesmo com ondas elétricas, você pode ver o vídeo aqui (você realmente deveria assistir a coisa toda, mas estou vinculado à parte exata do vídeo em que eles discutem o que acabei de mencionar).
Outra coisa a observar é que, se a separação dos fios se tornar muito grande, a linha balanceada começará a irradiar. Nesse ponto, seria semelhante a uma antena dipolo em V invertido . Isso aproximadamente começaria a acontecer se a distância de separação com a qual estamos lidando começasse a se aproximar de distâncias semelhantes ao comprimento de onda da frequência que está carregando. Desde que a separação da linha de alimentação seja significativamente menor que o comprimento de onda, a separação das linhas por si só não faria com que ela irradiasse significativamente no campo distante, embora, como uma linha balanceada comum, fosse afetada por influências no campo próximo, incluindo tornar-se acoplado indutivamente com metal em seus arredores.
Então, realmente, a única coisa sobre a qual temos que raciocinar agora é, uma vez que o sinal chega ao final dos fios emparelhados, como ele responde a ter um comprimento extra de fio pendurado no final. Poderíamos efetivamente raciocinar sobre esse cenário considerando como uma linha de alimentação comum responderia a ter um fio solto de algum comprimento preso a apenas um de seus fios na extremidade oposta. Isso efetivamente formaria uma antena de fio único, dependendo de seu comprimento e a frequência do sinal determinaria o quão boa é uma antena e se irradiaria. Esses tipos de antena não são incomuns, a maioria dos rádios FM tem uma configuração semelhante, no entanto, a linha de alimentação não é tão mal projetada quanto aqui normalmente. Se o comprimento do fio estiver se aproximando do comprimento de onda, ele provavelmente funcionará como uma antena até certo ponto, se for significativamente mais curto, não será. Independentemente disso, o "ponto de alimentação" efetivo da antena seria o comprimento do menor dos dois fios. O que você verá é que uma parte do sinal incidente será refletida neste ponto de alimentação, proporcional ao grau de incompatibilidade de impedância com o fio da antena, e uma parte do sinal irradiará do segmento de fio adicional.
Normalmente, se alguém deseja criar uma linha balanceada entrando em uma antena de um fio (que chamaríamos de antena desbalanceada), a maneira correta de fazer isso seria com um balun, que converte uma linha balanceada em uma desbalanceada, normalmente eles seriam conectados ao aterramento, o que serve a alguns propósitos; lembre-se de que a outra metade de uma antena desequilibrada é o solo ou um contrapeso ou algum outro plano de aterramento condutor de metal.
No entanto, como esta configuração não possui um Balun, o que você verá é que seu elemento inferior irradiará alguma porção de energia e o elemento superior não. Normalmente, um balun garantiria que as duas linhas mantivessem o poder equilibrado. Isso significa que na onda refletida você terá agora uma situação chamada de sinal de modo comum. Nessa situação, parte do sinal é balanceada, mas qualquer porção que uma das linhas tenha em excesso é a porção de modo comum. A parte balanceada do sinal continuará a se propagar de volta ao longo da linha de transmissão normalmente, onde o sinal de modo comum agirá como se o fio fosse outra antena, mas desta vez a antena para a parte de modo comum do sinal é toda comprimento da linha de transmissão. Sem sinal oposto para equilibrá-lo, isso significa que ele irradiará se os fios forem longos o suficiente.