Как определить сопротивление коаксиального кабеля: Как определить волновое сопротивление коаксиального кабеля

Содержание

Волновое сопротивление среды формула. Калькулятор расчета параметров коаксиальных кабелей

Ещё не начав читать статью, попробуйте подумать над вопросом: побежит ли ток, если подключить к батарейке очень длинный провод(более чем 300 тысяч километров, сверхпроводник), если противоположные концы провода никуда не подключены? Сколько Ампер?

Прочитав эту статью, вы поймёте в чём смысл волнового сопротивления. Из лекций по теории волн я вынес только то, что волновое сопротивление — это сопротивление волнам. Большая часть студентов, кажется, поняла ровно то же самое. То есть ничего.

Эта статья — весьма вольный перевод этой книги: Lessons In Electric Circuits
Статьи по теме: На Хабре: Контакт есть, сигнала нет
Трэш в Википедии: Длинная линия

50-омный кабель?
В начале моего увлечения электроникой я часто слышал про волновое сопротивление коаксиального кабеля 50Ω. Коаксиальный кабель – это два провода. Центральный провод, изолятор, оплётка, изолятор. Оплётка полностью закрывает центральный проводник. Такой провод используется для передачи слабых сигналов, а оплётка защищает сигнал от помех.

Я был озадачен этой надписью – 50 Ω. Как могут два изолированных проводника иметь сопротивление друг с другом 50 Ω? Я измерил сопротивление между проводами и увидел, как и ожидалось, обрыв. Сопротивление кабеля с одной стороны до другой — ноль. Как бы я не подключал омметр, я так и не смог получить сопротивление 50 Ом.

То, что я не понимал в то время – так это как кабель реагирует на импульсы. Конечно, омметр работает с постоянным током, и показывает, что проводники не соединены друг с другом. Тем не менее, кабель, из-за влияния ёмкости и индуктивности, распределённой по всей длине, работает как резистор. И так же, как и в обычном резисторе, ток пропорционален напряжению. То, что мы видим как пара проводников – важный элемент цепи в присутствии высокочастотных сигналов.

В этот статье вы узнаете что такое линия связи. Многие эффекты линий связи не проявляются при работе с постоянным током или на сетевой частоте 50 Гц. Тем не менее, в высокочастотных схемах эти эффекты весьма значительны. Практическое применение линий передач – в радиосвязи, в компьютерных сетях, и в низкочастотных схемах для защиты от перепадов напряжения или ударов молний.

Провода и скорость света
Рассмотрим следующую схему. Цепь замкнута – лампа зажигается. Цепь разомкнута – лампа гаснет. На самом деле лампа зажигается не мгновенно. Ей как минимум надо раскалиться. Но я хочу заострить внимание не на этом. Хотя электроны двигаются очень медленно, они взаимодействуют друг с другом гораздо быстрее – со скоростью света.

Что произойдёт, если длина проводов будет 300 тысяч км? Так как электроэнергия передаётся с конечной скоростью, очень длинные провода внесут задержку.


Пренебрегая временем на разогрев лампы, и сопротивлением проводов, лампа зажжётся примерно через 1 секунду после включения выключателя. Несмотря на то, что строительство сверхпроводящих ЛЭП такой длины создаст огромные практические проблемы, теоретически это возможно, поэтому наш мысленный эксперимент реален. Когда переключатель выключается, лампа будет продолжать получать питание ещё 1 секунду.

Один из способов представить движение электронов в проводнике – это вагоны поезда. Сами вагоны движутся медленно, только начинают движение, и волна сцеплений передаётся гораздо быстрее.

Другая аналогия, возможно более подходящая – волны в воде. Объект начинает движение горизонтально вдоль поверхности. Создастся волна из-за взаимодействия молекул воды. Волна будет перемещаться гораздо быстрее, чем двигаются молекулы воды.

Электроны взаимодействуют со скоростью света, но движутся гораздо медленнее, подобно молекуле воды на рисунке выше. При очень длинной цепи становится заметна задержка между нажатием на выключатель и включением лампы.

Волновое сопротивление
Предположим, у нас есть два параллельных провода бесконечной длины, без лампочки в конце. Потечёт ли ток при замыкании выключателя?


Несмотря на то, что наш провод — сверхпроводник, мы не можем пренебречь ёмкостью между проводами:

Подключим питание к проводу. Ток заряда конденсатора определяется формулой: I = C(de/dt). Соответственно, мгновенный рост напряжения должен породить бесконечный ток.
Однако ток не может быть бесконечным, так как вдоль проводов есть индуктивность, ограничивающая рост тока. Падение напряжения в индуктивности подчиняется формуле: E = L(dI/dt). Это падение напряжения ограничивает максимальную величину тока.


Поскольку электроны взаимодействуют со скоростью света, волна будет распространяться с той же скоростью. Таким образом, нарастание тока в индуктивностях, и процесс зарядки конденсаторов будет выглядеть следующим образом:

В результате этих взаимодействий, ток через батарею будет ограничен. Так как провода бесконечны, распределённая емкость никогда не зарядится, а индуктивность не даст бесконечно нарастать току. Другими словами, провода будут вести себя как постоянная нагрузка.

Линия передачи ведёт себя как постоянная нагрузка так же, как и резистор. Для источника питания нет никакой разницы, куда бежит ток: в резистор, или в линию передачи. Импеданс (сопротивление) это линии называют волновым сопротивлением, и оно определяется лишь геометрией проводников. Для параллельных проводов с воздушной изоляцией волновое сопротивление рассчитывается так:


Для коаксиального провода формула расчёта волнового сопротивления выглядит несколько иначе:

Если изоляционный материал – не вакуум, скорость распространения будет меньше скорости света. Отношение реальной скорости к скорости света называется коэффициентом укорочения.
Коэффициент укорочения зависит только от свойств изолятора, и рассчитывается по следующей формуле:


Волновое сопротивление известно также как характеристическое сопротивление.
Из формулы видно, что волновое сопротивление увеличивается по мере увеличения расстояния между проводниками. Если проводники отдалить друг от друга, становится меньше их ёмкость, и увеличивается распределённая индуктивность (меньше эффект нейтрализации двух противоположных токов). Меньше ёмкость, больше индуктивность => меньше ток => больше сопротивление. И наоборот, сближение проводов приводит к большей ёмкости, меньшей индуктивности => больше ток => меньше волновое сопротивление.

Исключая эффекты утечки тока через диэлектрик, волновое сопротивление подчиняется следующей формуле:

Линии передачи конечной длины
Линии бесконечной длины – интересная абстракция, но они невозможны. Все линии имеют конечную длину. Если бы тот кусок 50 Ом кабеля RG-58/U, который я измерял с помощью омметра несколько лет назад, был бесконечной длины, я бы зафиксировал сопротивление 50 Ом между внутренним и внешним проводом. Но эта линия не была бесконечной, и она измерялась как открытая, с бесконечным сопротивлением.

Тем не менее, волновое сопротивление важно также и при работе с проводом ограниченной длины. Если к линии приложить переходное напряжение, потечёт ток, который равен отношению напряжения к волновому сопротивлению. Это всего лишь закон Ома. Но он будет действовать не бесконечно, а ограниченное время.

Если в конце линии будет обрыв, то в этой точке ток будет остановлен. И это резкое прекращение тока повлияет на всю линию. Представьте себе поезд, идущий вниз по рельсам, имеющий слабину в муфтах. Если он врежется в стенку, он остановится он не весь сразу: сначала первый, потом второй вагон, и т.д.

Сигнал, распространяющийся от источника, называют падающей волной. Распространение сигнала от нагрузки обратно к источнику называют отражённой волной.

Как только нагромождение электронов в конце линии распространяется обратно к батарее, ток в линии прекращается, и она ведёт себя как обычная открытая схема. Всё это происходит очень быстро для линий разумной длины так, что омметр не успевает померить сопротивление. Не успевает поймать тот промежуток времени, когда схема ведёт себя как резистор. Для километрового кабеля с коэффициентом укорочения 0,66 сигнал распространяется всего 5.05мкс. Отражённая волна идёт обратно к источнику ещё столько же, то есть в сумме 10,1 мкс.

Высокоскоростные приборы способны измерить это время между посылкой сигнала и приходом отражения для определения длины кабеля. Этот метод может быть применён также для определения обрыва одного или обоих проводов кабеля. Такие приборы называются рефлектометры для кабельных линий. Основной принцип тот же, что и у ультразвуковых гидролокаторов: генерация импульса и замер времени до эха.

Аналогичное явление происходит и в случае короткого замыкания: когда волна достигает конца линии, она отражается обратно, так как напряжение не может существовать между двумя соединёнными проводами. Когда отражённая волна достигает источника, источник видит, что произошло короткое замыкание. Всё это происходит за время распространения сигнала туда + время обратно.

Простой эксперимент иллюстрирует явление отражения волн. Возьмите верёвку, как показано на рисунке, и дёрните её. Начнёт распространяться волна, пока она полностью не погасится за счёт трения.

Это похоже на длинную линию с потерями. Уровень сигнала будет падать по мере продвижения по линии. Однако, если второй конец закрепить на твёрдую стенку, возникнет отражённая волна:

Как правило, назначением линии передачи является передача электрического сигнала от одной точки к другой.

Отражения могут быть исключены, если терминатор на линии в точности равен волновому сопротивлению. Например, разомкнутая или короткозамкнутая линия будет отражать весь сигнал обратно к источнику. Но если на конце линии включить резистор 50 Ом, то вся энергия будет поглощена на резисторе.

Это всё имеет смысл, если мы вернёмся к нашей гипотетической бесконечной линии. Она ведёт себя как постоянный резистор. Если мы ограничим длину провода, то он будет себя вести как резистор лишь некоторое время, а потом – как короткое замыкание, или открытая цепь. Однако, если мы поставим резистор 50 Ом на конец линии, она вновь будет себя вести как бесконечная линия.


В сущности, резистор на конце линии, равный волновому сопротивлению, делает линию бесконечной с точки зрения источника, потому что резистор может вечно рассеивать энергию так же, как и бесконечные линии могут поглощать энергию.

Отражённая волна, вернувшись обратно к источнику, может вновь отразиться, если волновое сопротивление источника не равно в точности волновому сопротивлению. Этот тип отражений особенно опасен, он делает вид, что источник передал импульс.

Короткие и длинные линии передачи
В цепях постоянного тока волновое сопротивление, как правило, игнорируется. Даже коаксиальный кабель в таких цепях применяется лишь для защиты от помех. Это связано с короткими промежутками времени распространения по сравнению с периодом сигнала. Как мы узнали в предыдущей главе, линия передачи ведёт себя как резистор до тех пор, пока отражённая волна на вернётся обратно к источнику. По истечении этого времени (10,1 мкс для километрового кабеля), источник видит полное сопротивление цепи.

В случае, если цепь передаётся низкочастотный сигнал, источник на какое-то время видит волновое сопротвление, а потом – полное сопротивление линии. Мы знаем, что величина сигнала не равна по всей длине линии из-за распространения со скоростью света(почти). Но фаза низкочастотного сигнала изменяется незначительно за время распространения сигнала. Так, мы можем считать, что напряжение и фаза сигнала во всех точках линии равна.

В этом случае мы можем считать что линия является короткой, потому что время распространения гораздо меньше периода сигнала. В противовес, длинная линия это такая, где за время распространения форма сигнала успевает измениться на большую часть фазы, либо даже передать несколько периодов сигнала. Длинными линиями считаются такие, когда фаза сигнала меняется более чем на 90 градусов за время распространения. До этого в данной книге мы рассматривали лишь короткие линии.

Чтобы определить тип линии(длинная, короткая), мы должны сравнить её длину и частоту сигнала. Например, период сигнала с частотой 60Гц равен 16,66мс. При распространении со скоростью света(300 тысяч км/с) сигнал пройдёт 5000км. Если коэффициент укорочения будет меньше 1, то и скорость будет меньше 300 тысяч км/с, и расстояние меньше во столько же раз. Но даже если использовать коэффициент укорочения коаксиального кабеля(0,66), расстояние всё равно будет велико — 3300км! Независимо от длины кабеля это называется длиной волны.

Простая формула позволяет вычислить длину волны:


Длинная линия – такая, где хотя бы умещается ¼ длины волны в длину. И теперь вы можете понять, почему все линии прежде относятся к коротким. Для систем питания переменного тока 60Гц длина кабеля должна превышать 825 км, чтобы эффекты распространения сигнала стали значительными. Кабели от аудио усилителя к колонкам должны быть более 7,5 км в длину, чтобы существенно повлиять на 10кГц звуковой сигнал!

Когда имеешь дело с радиочастотными системами, задача с длиной линии передачи является далеко не такой тривиальной. Рассмотрим 100МГц радиосигнал: его длина волны 3 метра даже на скорости света. Линия передачи должна быть более 75 см в длину, чтобы считаться длинной. С коэффициентом укорочения 0,66 эта критическая длина составит всего 50 см.

Когда электрический источник подключен к нагрузке через короткую линию передачи, доминирует импеданс нагрузки. То есть, когда линия короткая, волновое сопротивление не влияет на поведение схемы. Мы можем это увидеть при тестировании коаксиального кабеля омметром: мы видит разрыв. Хотя линия ведёт себя как резистор 50Ом (RG/58U кабель) на короткое время, после этого времени мы увидим обрыв. Так как время реакции омметра значительно больше времени распространения сигнала, мы видим обрыв. Эта очень большая скорость распространения сигнала не позволяет нам обнаружить 50Ом переходное сопротивление омметром.

Если мы будем использовать коаксиальный кабель для передачи постоянного тока, кабель будет считаться коротким, и его волновое сопротивление не будет влиять на работу схемы. Обратите внимание, что короткой линией будет называться любая линия, где изменение сигнала происходит медленнее, чем сигнал распространяется по линии. Почти любая физическая длина кабеля может являться короткой с точки зрения волнового сопротивления и отражённых волн. Используя же кабель для передачи высокочастотного сигнала, можно по разному оценивать длину линии.

Если источник подключен к нагрузке через длинные линии передачи, собственное волновое сопротивление доминирует над сопротивлением нагрузки. Иными словами, электрически длинная линия выступает в качестве основного компонента в цепи, и её свойства доминируют над свойствами нагрузки. С источник, подключенным к одному концу кабеля и передаёт ток на нагрузку, но ток в первую очередь идёт не в нагрузку, а в линию. Это становиться всё более верным, чем длиннее у нас линия. Рассмотрим наш гипотетический 50Ом бесконечный кабель. Независимо от того, какую нагрузку мы подключаем на другой конец, источник будет видеть лишь 50Ом. В этом случае сопротивление линии является определяющим, а сопротивление нагрузки не будет иметь значения.

Наиболее эффективный способ свести к минимуму влияние длины линии передачи – нагрузить линию сопротивлением. Если сопротивление нагрузки равно волновому сопротивлению, то любой источник будет видеть то же самое сопротивление, независимо от длины линии. Таким образом, длина линии будет влиять только на задержку сигнала. Тем не менее, полное совпадение сопротивления нагрузки и волнового сопротивления не всегда возможно.

В следующем разделе рассматриваются линии передачи, особенно когда длина линии равна дробной части волны.

Надеюсь, вы прояснили для себя основные физические принципы работы кабелей
К сожалению, следующая глава очень большая. Книга читается на одном дыхании, и в какой-то момент надо остановиться. Для первого поста, думаю, этого хватит. Спасибо за внимание.

Наверное, вы не раз слышали такие словосочетания как витая пара , экранированный провод и высокочастотный сигнал? Так вот, коаксиальный кабель — эта разновидность витой пары , но с гораздо большей помехозащищенностью, наиболее подходящий проводник для ВЧ сигнала.

Состоит из центральной жилы (проводника), экранированного слоя (экрана) и двух изолирующих слоев.

Внутренний изолятор служит для изоляции центральной жилы коаксиального кабеля от экрана, внешний — для защиты кабеля от механических повреждений и электрической изоляции.

Защита от помех коаксиальным кабелем. Причина возникновения помех

Что представляют из себя помехи в не коаксиальном кабеле

Стоит сразу разобраться с вопросом защиты от помех. Разберем общие принципы природы их возникновения и влияния помех на передачу информации.

Итак, все мы знаем, что существуют некие помехи в линиях электропередач . Они представляют из себя всплески и, наоборот, пропадания номинального (того, которое должно быть) напряжения в кабеле (в проводе). На графике (зависимости напряжения в кабеле от времени) помехи выглядят так:

Причина возникновения помех — электромагнитные поля от других сигналов и кабелей. Как мы знаем из курса школьной физики, у электричества есть две составляющие — электрическая и магнитная. Первая представляет собой течение тока по проводнику, а вторая — электромагнитное поле, которое создает ток.

Электромагнитное поле распространяется в среде в форме сферы в бесконечность. Проходя через незащищенный от помех (не коаксиальный) кабель, электромагнитный сигнал влияет на магнитную составляющую электрического сигнала в кабеле и вызывает в нем помехи, отклоняя напряжение сигнала от номинального.

Представьте себе, что мы обрабатываем (считываем) сигнал напряжением 10 В с определенной тактовой частотой, например в 1Гц. Это значит, что мы мгновенно списываем показания напряжения в линии каждую секунду. Что произойдет, если именно в момент считывания помеха сильно отклонит напряжение, например с 10 вольт до 7,4 вольт? Правильно, ошибка, мы считаем ложную информацию! Проиллюстрируем этот момент:

Но мы должны помнить о том, что напряжение у нас мерится от корпуса (или от минуса). И фишка в том, что в радиоэлектронике (в электронике высокочастотных сигналов) большую отрицательную роль играют именно высокочастотные помехи , и вот она, собственно говоря, истина: в момент, когда помеха действует на центральную жилу коаксиального кабеля , та же самая помеха действует и на экран коаксиального кабеля , а напряжение мерится от корпуса (который соединен с экраном), поэтому разность потенциалов между экранной частью коаксиального кабеля и его центральной жилой остается неизменной.

Поэтому основная задача в защите от помех при передачи сигнала — держать экранный слой или провод как можно ближе к центральному и всегда на одном и том же расстоянии.

Что лучше защищает от электромагнитных помех — витая пара или коаксиальный кабель?

Сразу ответим на вопрос. Коаксиальный кабель защищает от помех лучше, чем витая пара .

В витой паре два провода свиты между собой и заизолированы друг от друга. Плюсовой провод при сгибах может на доли миллиметра отдаляться от минусового, что отдаляет, собственно, плюс от корпуса. Кроме того, сами жилы плюсового и минусового провода за счет изоляции уже имеют между собой определенный зазор. Помеха может проскочить, но вероятность достаточно мала.

В Коаксиальном кабеле экранный слой по кругу, полностью обволакивает центральную жилу. Помеха никак не может пройти через центральную жилу, минуя экран коаксиала. Кроме того, качество материала, из которого изготавливается коаксиальный кабель, по требованиям государственного стандарта превосходит качество материалов для витых пар . Точка.

Волновое сопротивление

Основная характеристика коаксиального кабеля — волновое сопротивление . Это величина, в общем говоря, характеризующая затухание амплитуды сигнала в коаксиальном кабеле на 1 погонный метр.

Получается она из выражения частного от напряжения сигнала, передаваемого по коаксиальному кабелю , деленного на ток при этом напряжении в коаксиальном кабеле , мерится в Омах.

Но главное, запомните что она характеризует — затухание передаваемого сигнала. Это сама суть волнового сопротивления коаксиальных кабелей. Уменьшение амплитуды напряжения и тока — есть затухание сигнала.

Для того, чтобы окунуться в волновое сопротивление коаксиальных кабелей глубже, нужно знать много разных понятий о теории электромагнитных волн, таких как амплитуда без учета затухания, активное погонное сопротивление, коэффициент затухания электромагнитных волн в коаксиальном волноводе , несколько постоянных электрических величин, затем построить пару интегральных волновых графиков и понять, что все-таки, 77 Ом — идеально подходит для советского телевидения, 30 Ом — идеально подходит для всего кроме советского телевидения, ну а 50 Ом — золотая середина между советским телевидением, коаксиальным кабелем и всем остальным!

Но лучше — запомните суть, а остальному — поверьте на слово)

Стандарты волновых сопротивлений коаксиальных кабелей:

50 Ом. Самый распространенный стандарт коаксиального кабеля . Оптимальные характеристики по передаваемой мощности сигнала, электрической изоляции (плюса от минуса), минимальные потери сигнала при передаче радиосигнала.

75 Ом. Был широко распространен в СССР в части передачи телевизионного и видеосигнала и, что примечательно, оптимально подходит именно для этих целей.

100 Ом, 150 Ом, 200 Ом. Применяются крайне редко, в узкоспециализированных задачах.

Также, немаловажными характеристиками являются:

  • упругость;
  • жесткость;
  • диаметр внутренней изоляции;
  • тип экрана;
  • металл проводника;
  • степень экранировки.

Остались вопросы? Напишите в комментарии) Мы ответим!

Строков Андрей.

Итак, вторая статья из цикла, про которую я уже неоднократно упоминал. Сегодня постараюсь упихать в головы читателей несколько ключевых моментов, без которых нельзя жить на свете. До сих пор я говорил про согласование, согласованную нагрузку. Что-то упоминал про ширину линии, которая вроде как должна быть строго определенной. Пришло время расставить точки. Вам потребуется пластиковая бутылка и ножницы бесконечная пара проводов и немного терпения, добро пожаловать под кат!


Зайдем издалека.
Возьмем генератор с внутренним сопротивлением R. И к нему подключим нагрузку R1. Обычная такая схема.

Вопрос в том, насколько эта схема эффективна? При каком сопротивлении на нагрузке можно получить максимальную мощность?

Немного расчетов:

Чтобы получить максимум мощности вспомним производную и приравняем к нулю.

и вот мы уже получаем, что максимальная мощность выделяется, когда R = R1 . В этом случае говорят, что система генератор-нагрузка согласована.

Ну а теперь пошли фокусы. Подаем в нашу схему большую частоту. В прошлый раз мы видели, что в разных частях линии напряжение может быть совсем разным. Вот пусть на нашей схеме будет вот так:

да, забудьте пока про узлы-пучности, стоячих волн нет, рассматриваем только падающую. В любом случае «в лоб» закон ома для этой картинки уже не применить. Вот когда начинается такая беда, значит мы имеем дело с длинной линией . Заодно можно вспомнить наши сопли из припоя и 1206 конденсаторы, которые начинают вести себя как попало на каких то частотах, опять же из-за того, что размеры сравнимы с длиной волны и там появляются всякие шлейфы, стоячие волны и резонансы. Все это называют устройствами с распределенными параметрами . Обычно говорят про распределенные параметры, когда размеры элементов хотя бы раз в 10 больше длины волны.
Так что же нам делать с нашей схемой? В прошлый раз мы говорили про длину линий, не затрагивая другие параметры. Пора исправить это недоразумение.
Представьте, что генератор (или выходной каскад, например), качает в линию мощность. Никакой отраженной волны (пока) нет, наш генератор вообще не знает, что с той стороны линии, качает в никуда. Это как будто берем динамик, подносим к трубе и в трубу уходят звуковые волны.

Параметры такой системы можно определить по-разному. Можно определить(пока, правда, не понятно, как) ток и напряжение. А можно определить мощность (произведение тока на напряжение) и отношение тока к напряжению в линии. Последняя величина имеет смысл сопротивления. Ее так и называют — волновое сопротивление. И величина эта для конкретно взятой линии (и на конкретной частоте, если быть точным) всегда одинаковая, от генератора не зависит.
Если вы возьмете бесконечную линию с каким-то заданным Z (так обычно обозначают волновое сопротивление) и подключите к ней ваш мультиметр, он это сопротивление и покажет. Хотя, казалось бы, просто пара проводов. А вот если пара будет конечной, как это обычно и бывает в нашей жизни, возникнет отражение на конце линии, стоячая волна. Поэтому ваш мультиметр покажет бесконечное сопротивление (это будет, в принципе, пучность).

Итак, по линии бежит волна. Волновое сопротивление линии не меняется (говорят, что линия регулярна ), отношение напряжения к току одинаковое. А теперь — бах! — сопротивление линии совершает скачок.

Так как дальше соотношения между током и напряжением будут уже другие, «лишний» или недостающий ток в точке скачка формирует отраженную волну. Для более подробного понимания процесса неплохо бы записать для точки телеграфные уравнения, но для начала достаточно помнить, что
При отражении от ХХ фаза не меняется
При отражении от КЗ фаза переворачивается на 180°

Ну и осталось сказать про подключение линии к нагрузке. В принципе, нагрузку, можно рассматривать как бесконечную линию с волновым сопротивлением равным сопротивлению нагрузки. Прошлый пример с мультиметром, я думаю, это показывает весьма наглядно тем, кто в начале поста запасся бесконечным проводом. Так что если сопротивление нагрузки равно сопротивлению линии, система согласована, ничего не отражается, КСВ равно единице. Ну а если сопротивления отличаются, справедливы все вышеописанные рассуждения про отражение.
Собственно, в прошлый раз мы рассматривали КЗ и ХХ, вот на эти вещи можно смотреть как на нагрузки с нулевым или бесконечным сопротивлением.

Используя переотражения на скачках волнового сопротивления и линии с разным волновым сопротивлением, можно получить множество разных вещей в СВЧ. Нужно рассказывать про диаграмму смита и комплексное волновое сопротивление, это не сегодня. Приведу только пару примеров:
1. Если отрезок линии имеет длину в половину длины волны, его волновое сопротивление не важно. Волновое сопротивление на входе равно волновому сопротивлению на выходе.

2. Для отрезка в четверть волны c волновым сопротивлением линии Z волновое сопротивление на входе рассчитывается по формуле

Так можно согласовывать линии с разным волновым сопротивлением в узком диапазоне (в котором одна-три-пять-… четвертей длины волны соответствует длине шлейфа)

А теперь посмотрим на линию передачи поближе.

Любое средство массовой информации передает сигнал на большие расстояния с помощью электромагнитных волн. Одним из свойств такой волны и является волновое сопротивление. Хотя характерные единицы измерения сопротивления — Омы, это не «настоящее» сопротивление, которое можно измерить с помощью специального оборудования, такого как омметр или мультиметр.

Лучший способ понять, волновое сопротивление – это представить себе бесконечно длинный провод, который не создает отраженных или обратных волн при нагрузке. Создание переменного напряжения (V) в такой цепи приведет к появлению тока (I). Волновое сопротивление (Z) в этом случае будет численно равно соотношению:
Z = V/I
Эта справедлива для вакуума. Но если речь идет о «реальном пространстве», где нет бесконечно длинного провода, уравнение принимает вид закона Ома для участка цепи:
R = V/I

Эквивалентная схема расчета линии передач

Для СВЧ инженеров общим выражением, определяющим волновое сопротивление, является:
Z = R+j*w*L/G+j*w*C
Здесь R, G, L и С – номинальные длины волн модели линии передач. Следует отметить, что в общем виде волновое сопротивление может быть комплексным числом. Важным уточнением является то, что такой случай возможен только, если R или G не равны нулю. На практике всегда стараются достичь минимальных потерь на линии передачи сигнала. Поэтому обычно игнорируют вклад R и G в уравнение и, в конечном итоге, количественное значение волнового сопротивления принимает очень маленькое значение.

Внутреннее сопротивление

Волновое сопротивление присутствует даже если нет линии передачи. Оно связано с распространением волн в любой однородной среде. Внутреннее сопротивление является мерой отношения электрического поля к магнитному. Оно рассчитывается так же, как и в линиях передачи. Предполагая, что нет «реальной» проводимости или сопротивления в среде, уравнение сводится к простой квадратичной форме:
Z = SQRT(L/C)
В этом случае индуктивность на единицу длины сводится к проницаемости среды, а емкость на единицу длины – к диэлектрической проницаемости.

Сопротивление вакуума

В пространстве относительная проницаемость среды и диэлектрическая проницаемость всегда постоянны. Таким образом, уравнение внутреннего сопротивления упрощается до уравнения для волнового сопротивления вакуума:
n = SQRT(m/e)
Здесь m – проницаемость вакуума, а е – диэлектрическая проницаемость среды.
Значение волнового сопротивления вакуума является постоянной величиной и приблизительно равно 120 пикоОм.

Определение сопротивления и индуктивности коаксиальной цепи

 

При определении сопротивления и индуктивности в коаксиальной цепи используется тот же подход, что был приведен и для симметричного кабеля, основанный на использовании дифференциальных уравнений электродинамики (уравнений Максвелла и волновых уравнений) и теоремы Умова-Пойтинга. Для внутреннего проводника коаксиальной пары полностью справедлива методика расчета одиночного проводника симметричной цепи (низкочастотный режим передачи).

Поскольку электромагнитное поле внешнего проводника никакого действия на внутренний проводник не оказывает, то полное сопротивление внут­реннего проводника определяется:

,

где kaкоэффициенты вихревых токов внутреннего проводника ; – абсолютная магнитная проницаемость внутреннего проводника.

В этом случае сопротивление внутреннего проводника определится по формуле (24)

а индуктивность по формуле (25)

.

При больших соответст­вующем высокочастотной области передачи отношение . Тогда

.

Откуда

.

Для нахождения параметров внешнего проводника уравнения Максвелла и волновое уравнение будет точно таким же, что и для внутреннего. Отличие будет состоять в граничных условиях. Поэтому второй член уравнения (16)

будет не нулевым.

Для оп­ределения полного сопротивления внешнего проводника снова вос­пользуемся теоремой Умова–Пойтинга, согласно которой

 

Выделив действительную и мнимую части из полученного выражения, можно рассчитывать и при любой частоте тока.

Для практических расчетов при (это выполняется для мед­ных проводников при частоте 60кГц и выше) сопротивление и ин­дуктивность могут быть определены по формулам

,

где – толщина внешнего проводника; .

Если вели­чина , то значение и в сравнении с можно пренебречь. Тогда

.

Для частот свыше 60 кГц в формуле для определения вторым слагаемым в скобке по отношению к первому можно пре­небречь и тогда

.

Таким образом, для практических расчетов при частотах свыше 60кГц полное сопротивление внутреннего и внешнего проводников коаксиальной цепи можно рассчитывать по приближенной формуле

,

где и – удельные электрические сопротивления металлов, из которого выполнены внутренний и внешний проводники, соответственно, Ом×м; , – коэффициенты вихревых токов внутреннего и внешнего проводников, соответственно; , – диаметр внутреннего проводника и внутренний диаметр внешнего проводника (диаметр по изоляции).

Полная индуктивность коаксиальной цепи определяется по формуле

,

где – межпроводниковая индуктивность.

Межпроводниковая индуктивность коаксиальной цепи определяется по формуле

,

где – межпроводниковое потокосцепление.

,

где – межпроводниковый магнитный поток, обусловленный током от внутреннего проводника.

.

Тогда внешняя индуктивность коаксиальной цепи на единицу длины определится по формуле

. (30)

Таким образом, для частот свыше 60 кГц полная индуктивность коаксиальной цепи определится по формуле

или

В области высоких частот , т.к. , тогда индуктивность коаксиальной пары может быть определена по формуле

.

Зависимость сопротивления и индуктивности коаксиальной пары от частоты имеет тот же характер, что и для симметричных кабелей.

 

3.5.2 Определение емкости и проводимости изоляции коаксиальной цепи

 

При определении емкости коаксиального кабеля учитывают, что он аналогичен цилиндрическому конденсатору и его электриче­ское поле создается между двумя цилиндрическими поверхностями с общей осью. Напряженность электрического поля внутри кабеля на равнопотенциальной поверхности радиуса r определится как

.

Напряжение между внутренним и внешним проводниками определится

.

Тогда емкость коаксиального кабеля

,

где – эквивалентное значение относительной диэлектрической проницаемости.

Проводимость изоляции определяется по вышеприведенной формуле, полученной для симметричного кабеля

,

где – эквивалентное значение тангенса угла диэлектрических потерь.

Ориентировочные значения эквивалентных значений относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь воздушно-комбинированной изоляции коаксиальных кабелей можно вычислить по формулам

,

где , – объемы твердого диэлектрика и воздуха на единице длины коаксиальной пары; , – относительные диэлектрические проницаемости твердого диэлектрика и воздуха на единице длины коаксиальной пары.

Необходимо отметить, что приведенные формулы для определения эквивалентных значений относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь воздушно-комбинированной изоляции коаксиальных кабелей не учитывают влияние взаимного расположения на результирующие свойства и .

Зависимость емкости и проводимости коаксиальной пары от частоты имеет тот же характер, что и для симметричных кабелей.

 

 

3.5.4 Особенности расчета вторичных параметров коаксиаль­ного кабеля

 

Коаксиальные кабели практически используются в спектре от 60 кГц и выше, поэтому вторичные параметры можно рассчитывать по следующим формулам

, , ,

Определим коэффициент фазы b

,

где – электрическая постоянная, Ф/м; – магнитная постоянная, Гн/м; – скорость электромагнитной волны в вакууме (скорость света в вакууме), м/с.

Скорость распространения электромагнитной волны в коаксиальном кабеле определится

.

Волновое сопротивление коаксиального кабеля определится по формуле

.

Исследуем выражение коэффициента затухания коаксиальной пары. После подстановке первичных параметров в коэффициент затухания в металле получим

,

где ; ; . Для немагнитных материалов и .

При подстановке первичных параметров в коэффициент затухания в диэлектрике получим

.

Таким образом

.

Из этой формулы видно, потери в металлических элементах коаксиальной цепи изменяются пропорционально , а потери в изоляции связаны с частотой линейным законом и с увеличение возрастают значительно быстрее. При использовании высококачественных изоляционных материалов с малым можно добиться в определенном частотном диапазоне малых диэлектрических потерь и положить ; при более высоких частотах они настолько возрастают, что величина играет доминирующую роль в общем затухании кабеля. В практически используемом спектре частот уплотнения коаксиальных кабелей (до 60×106 Гц) при современных изоляционных материалах величина незначительна и увеличение затухания происходит примерно пропорционально .

При разработке любого типа кабеля всегда стоит задача создать оптимальную конструкцию, требующую минимальных затрат материалов и средств на изготовление и технологичную в производстве. При конструировании коаксиальных кабелей необходимо в первую очередь выбрать диаметры внутреннего и внешнего проводников кабеля и установить оптимальное соотношение. Как было сказано выше, затухание коаксиального кабеля с высококачественной изоляцией в практически используемом спектре частот (до 60 МГц) может быть определено (без учета потерь в изоляции) по следующей формуле

.

Выразим соотношение через . Из данного выражения следует, что с увеличением его числитель растет линейно, а знаменатель пропорционален логарифму отношения диаметров. Пусть , тогда изменение параметра будет достигаться изменением диаметра внутреннего проводника .

Обозначим через выражение, входящее в формулу для и независящее от соотношения диаметров

.

Тогда

.

Исследуем данное выражение на минимум затухания, взяв первую производную от по и приравняв ее нулю

.

Откуда получим, что минимально при соотношении

.

Оптимальное соотношение диаметров проводников выполненных из меди ( ) будет равным 3,6. Если внутренний проводник выполнен из меди, а внутренний из алюминия, то и оптимальное соотношение диаметров будет равным 3,9. На рис. 3.28 приведены графики затухания коаксиальных цепей в зависимости от соотношения диаметров проводников. Из рис. 3.28 видно, что нарушение оптимального соотношения в меньшую сторону связано с довольно резким возрастанием коэффициента затухания. Поэтому выбирают отклонение соотношения диаметров в несколько большую сторону.

Рис. 3.28. Характер изменения затухания коаксиальных цепей в зависимости от соотношения диаметров
проводников

 

При замене медных проводников алюминиевыми затухание возрастает пропор­ционально соотношению активных сопротивлений или соответст­венно обратно пропорционально корню квадратному из проводимо­стей металлов , т.е. на 29 %. При замене только внешнего проводника на алюминиевый затухание возрастает всего на 6 %. Расход меди на производство коаксиального кабеля при этом сокращается на 65%.

Конструирование коаксиальной пары подчинено задаче созда­ния оптимальной ее конструкции, требующей минимальных затрат материалов и средств на изготовление. При этом в первую очередь необходимо выбрать диаметры внутреннего и внешнего проводни­ков кабеля и установить наиболее выгодное из соотношений при ис­пользовании различных металлов (медь, алюминий, биметалл).

При конструировании коаксиального кабеля приходится также отступать от оптимального отношения , если величина волно­вого сопротивления кабеля строго нормирована. Например, для обеспечения Ом данное отношение определяется по формуле

.

Для получения норми­рованной величины Ом при оптимальном отношении необходимо иметь воздушно-пластмассовую изоляцию с малым содержанием диэлектрика ( ). При повышенных значения приходится отступать от оптимальной конструкции кабеля. Так, при приходится принять соотношение , а при – . Таким образом, для междугородных кабелей связи, по которым необходимо обеспечить наибольшую дальность связи при выборе конструкции исходят из условия оптимального по затуханию соот­ношения ( ) с учетом получения нормированной величины Ом.

 


Узнать еще:

Как измерить длину коаксиального кабеля и его волновое сопротивление с помощью осциллографа.

Для того чтобы передавать информацию через линию передачи данных необходимо, что бы сопротивление нагрузки было равно, волновому сопротивлению линии. Если это условие не выполнено и сопротивление нагрузки на конце линии велико, то энергия сигнала, дойдя до конца линии, не сможет выйти из неё и отразится обратно. Отражённый сигнал спустя некоторое время вернётся ко входу линии и сложится с сигналом, направленным в линию в итоге форма, передаваемого сигнала будет искажена, а информация потеряна.

Зная время, которое сигнал был в пути и его скорость можно вычислить расстояние, которое он прошёл. Скорость распространения сигнала по коаксиальному кабелю равна 2/3 скорости света, в среднем считается, что за 1 nS сигнал проходит 20 cm, на самом деле чуть меньше.
Для этого эксперимента нам потребуется собрать генератор меандра, с крутым фронтом.


Время нарастания сигнала в такой схеме составляет несколько nS, у меня получилось 3,4 , а частота в зависимости от партии микросхемы колеблется от 2 до 6 KHz.

Схема изготавливается из двух кусков текстолита, на одном распаивается микросхема, в другом закрепляется BNC разъём.

С помощью Т-образного BNC коннектора подключим генератор и исследуемый кабель к осциллографу, длина кабеля 157 cm.

На осциллограмме видна некоторая задержка при нарастании фронта. Она возникает в месте где амплитуда сигнала, направленного в линию максимальна, а амплитуда отражённого сигнала равна нулю. Пока отражённый сигнал достиг начала линии, он прошёл путь равный 314 cm. Таким образом, время задержки должно быть равно 15,7 nS, измеренное время задержки равно 15,2 nS, разница обусловлена погрешностью метода.

Давайте к другому концу кабеля подключим подстроечный резистор и посмотрим как будет изменяться осциллограмма в зависимости от сопротивления.
При совпадении сопротивления резистора с волновым сопротивлением кабеля, вся энергия сигнала будет беспрепятственно переходить из линии в резистор и «ступенька», которая возникала за счёт отражённого сигнала, должна исчезнуть.
Сопротивление резистора 0 Ohm.


Сопротивление резистора 50 Ohm.

Сопротивление резистора 75 Ohm.

Сопротивление резистора 100 Ohm.

Из этих осциллограмм нельзя сделать однозначный вывод, какое волновое сопротивление этого кабеля.

Если увеличить длину кабеля, увеличится время задержки и изменение сопротивления на конце линии будет более наглядно. Длинного куска кабеля под рукой нет, но есть кабель, проложенный по плинтусу из одного помещения в другое. Подключил этот кабель к осциллографу с генератором.


Длина «ступеньки» увеличилась, подпаиваем с другого конца сопротивление и начинаем крутить.
Сопротивление резистора 0 Ohm.

Сопротивление резистора 50 Ohm.

Сопротивление резистора 75 Ohm.

Сопротивление резистора 100 Ohm.

Из осциллограмм видно, что волновое сопротивление кабеля равно 75 Ohm, при других значениях сопротивления «ступенька» снова появлялась.
Опираясь на полученные знания можно вычислить скорость распространения сигнала, в любой другой линии передачи данных, измерив задержку в двухметровом куске. А зная скорость можно описанным способом вычислить длину более длинного кабеля.
Теперь мы знаем как измерить длину кабеля и его волновое сопротивление с помощью осциллографа.

Волновое сопротивление кабеля. Коаксиальный кабель, что это? Волновое сопротивление

Рассмотрим обтекание профиля при числах Маха . В этом диапазоне чисел возникают зоны местных сверхзвуковых скоростей, замыкающиеся скачками уплотнения, необратимые потери механической энергии в которых вызывают дополнительное волновое сопротивление.

Физическая природа волнового сопротивления. Рассмотрим схему обтекания профиля закритическим потоком (рис. 8.8). На верхней поверхности симметричного профиля при нулевом угле атаки приведена схема течения, а на нижней – соответствующая ей эпюра давления.

В передней критической точке скорость течения , а давление . При удалении от передней критической точки давление уменьшается, а скорость течения увеличивается. В точке А профиля и . Далее вниз по потоку скорость течения становится сверхзвуковой и продолжает расти, а давление уменьшается. Непосредственно перед скачком и . За скачком уплотнения скорость течения становится дозвуковой, давление , и при приближении к задней кромке скорость течения продолжает изоэнтропически уменьшаться до нуля, а давление возрастает до давления заторможенного за скачком уплотнения потока.

Если бы в рассмотренном диапазоне скоростей было возможно только изоэнтропическое обтекание (без скачков), то давление в кормовой части профиля было бы выше и равно . Скачок уплотнения приводит к понижению давления в кормовой части, что и обусловливает появление дополнительного, так называемого волнового, сопротивления.

Волновое сопротивление тем больше, чем больше потери полного давления в скачке. Величина коэффициента волнового сопротивления зависит от числа Маха перед скачком уплотнения. Чем больше , тем меньше коэффициент восстановления полного давления , т. е. больше потери и больше коэффициент волнового сопротивления.

Приближенный метод определения волнового сопротивления. Рассмотрим профиль со скачком на верхней поверхности (рис. 8.9). Выделим элементарную струйку, проходящую через скачок уплотнения. Проведем на расстоянии, достаточно удаленном от профиля, две контрольные поверхности I–I и II–II.

Параметры течения на поверхности I–I – , а на II–II – .

Из условия постоянства расхода следует: = , где dy – элемент длины вдоль контрольной поверхности. Применяя теорему о количестве движения к массе газа, заключенной между контрольными поверхностями, получаем следующее:

где – волновое сопротивление. С учетом уравнения неразрывности и принимая во внимание, что , выражение для запишем как

Во всех струйках, не пересекающих скачок уплотнения, и . Тогда для определения величины силы сопротивления интегрирование можно производить только по длине скачка. Считая , получаем: . Но так как , а также учитывая, что и , получаем . Поскольку , то , и при уменьшении величины коэффициента восстановления полного давления (с увеличением числа Маха и интенсивности скачка) сила волнового сопротивления возрастает.

После некоторых преобразований можно получить выражение для коэффициента волнового сопротивления профиля:

(8.2)

где А – постоянный коэффициент, который в общем случае зависит от формы профиля (для большинства современных профилей А ).

Формулой (8.2) можно пользоваться до . Из нее следует, что при заданном уменьшение возможно путем увеличения .

Особенности обтекания крыла конечного размаха

дозвуковым потоком

Аэродинамические характеристики крыла конечного размаха зависят как от формы сечения (профиля), так и от формы крыла в плане.

Рассмотрим крыло конечного размаха. Заметим, что характеристики сечений крыла различны из-за влияния перетекания воздуха через боковые кромки крыла. Профиль, а значит и крыло, создает подъемную силу только тогда, когда циркуляция вектора скорости вокруг профиля . То есть, по своему действию можно заменить систему профилей, составляющих крыло, присоединенным вихрем. Заменим крыло простейшей вихревой системой – одним П-об-разным присоединенным вихрем (рис. 8.10).

Циркуляцию скорости Г присоединенного вихря в данной задаче определим исходя из условия равенства подъемной силы крыла силе, создаваемой П-образным вихрем: , т. е.

где – расстояние между свободными полубесконечными вихрями, сбегающими с концов крыла. Это расстояние больше размаха крыла на некоторую величину: . Можно принять, что .

Каждый свободный концевой вихрь индуцирует вокруг себя поле скоростей. Профили скорости для левого и правого концевых вихрей, а также эпюра суммарной скорости приведены на рис. 8.10. При начале координат в центре крыла величина скорости, индуцируемой обоими вихрями и направленной вниз, может быть определена по формуле Био–Савара для полубесконечного вихря как

. (8.4)

Средняя по размаху крыла скорость или с учетом выражения (8.4) после интегрирования получим

. (8.5)

Подставив значение циркуляции из уравнения (8.3), учтем, что , и проведем замену (удлинение крыла). Тогда при получим , и из формулы (8.5) следует, что

Анализ формулы (8.6) показывает, что за появление индуцированной скорости ответственны подъемная сила и конечность крыла (для реального крыла ). Индуктивная скорость изменяет действительный угол атаки крыла (рис. 8.11), поскольку вблизи поверхности крыла скорость течения .

Скорость перпендикулярна вектору , и ее называют скоростью скоса потока . Действительный вектор скорости отклоняется от вектора скорости набегающего потока на угол скоса .

Ввиду малости угла скоса, . С учетом формулы (8.6)

Допустим, что крыло установлено под углом к вектору скорости набегающего потока (установочный угол атаки). Вследствие скоса потока истинный угол атаки крыла равен . Чем больше удлинение крыла , тем меньше скос потока и меньше различие между истинным и установочным углами атаки.

Создаваемая крылом подъемная сила , перпендикулярная вектору местной скорости , дает составляющую на направление скорости набегающего потока. Поскольку появление этой составляющей спровоцировано скосом потока за счет индуцированных концевыми вихрями скоростей, то ее принято называть силой индуктивного сопротивления . В соответствии с рис. 8.11 можно записать выражения для коэффициентов подъемной силы и индуктивного сопротивления: .

Ввиду малости и . С учетом выражения (8.7) для угла скоса потока, получим

Формула (8.8) показывает, что индуктивное сопротивление обязано своим появлением подъемной силе – главной цели создания крыльев – и конечности размаха крыла. Индуктивное сопротивление и коэффициент индуктивного сопротивления равны нулю при нулевой подъемной силе () или при .

Линеаризованная теория обтекания плоской пластинки

сверхзвуковым потоком

Рассмотренная ранее схема линеаризации течений разрежения и уплотнения (см. гл. 5) позволяет просто решить задачу обтекания плоской пластинки при малых углах атаки a.

Рассмотрим обтекание плоской пластинки, расположенной под малым углом атаки к вектору скорости набегающего потока (жидкость идеальная). В сверхзвуковом потоке малые возмущения против вектора скорости не распространяются, поэтому на плоскую пластинку набегает невозмущенный поток и обтекание ее верхней и нижней поверхностей можно рассматривать независимо друг от друга (рис. 8.12).

Линия тока, направленная вдоль верхней поверхности, испытывает в носовой части возмущение в виде разрежения , а в кормовой части – в виде сжатия . Для нижней поверхности порядок следования возмущений противоположный .

Так как между передней и задней кромками обеих поверхностей нет источников возмущения, то скорости потока и давления на этих поверхностях постоянны и равны и . Для нахождения давлений и коэффициентов давлений воспользуемся полученными ранее формулами (5.10) и (5.10а) для линеаризованного течения, подставляя в них и учитывая, что для верхней поверхности , а для нижней . Тогда

Строков Андрей.

Итак, вторая статья из цикла, про которую я уже неоднократно упоминал. Сегодня постараюсь упихать в головы читателей несколько ключевых моментов, без которых нельзя жить на свете. До сих пор я говорил про согласование, согласованную нагрузку. Что-то упоминал про ширину линии, которая вроде как должна быть строго определенной. Пришло время расставить точки. Вам потребуется пластиковая бутылка и ножницы бесконечная пара проводов и немного терпения, добро пожаловать под кат!


Зайдем издалека.
Возьмем генератор с внутренним сопротивлением R. И к нему подключим нагрузку R1. Обычная такая схема.

Вопрос в том, насколько эта схема эффективна? При каком сопротивлении на нагрузке можно получить максимальную мощность?

Немного расчетов:

Чтобы получить максимум мощности вспомним производную и приравняем к нулю.

и вот мы уже получаем, что максимальная мощность выделяется, когда R = R1 . В этом случае говорят, что система генератор-нагрузка согласована.

Ну а теперь пошли фокусы. Подаем в нашу схему большую частоту. В прошлый раз мы видели, что в разных частях линии напряжение может быть совсем разным. Вот пусть на нашей схеме будет вот так:

да, забудьте пока про узлы-пучности, стоячих волн нет, рассматриваем только падающую. В любом случае «в лоб» закон ома для этой картинки уже не применить. Вот когда начинается такая беда, значит мы имеем дело с длинной линией . Заодно можно вспомнить наши сопли из припоя и 1206 конденсаторы, которые начинают вести себя как попало на каких то частотах, опять же из-за того, что размеры сравнимы с длиной волны и там появляются всякие шлейфы, стоячие волны и резонансы. Все это называют устройствами с распределенными параметрами . Обычно говорят про распределенные параметры, когда размеры элементов хотя бы раз в 10 больше длины волны.
Так что же нам делать с нашей схемой? В прошлый раз мы говорили про длину линий, не затрагивая другие параметры. Пора исправить это недоразумение.
Представьте, что генератор (или выходной каскад, например), качает в линию мощность. Никакой отраженной волны (пока) нет, наш генератор вообще не знает, что с той стороны линии, качает в никуда. Это как будто берем динамик, подносим к трубе и в трубу уходят звуковые волны.

Параметры такой системы можно определить по-разному. Можно определить(пока, правда, не понятно, как) ток и напряжение. А можно определить мощность (произведение тока на напряжение) и отношение тока к напряжению в линии. Последняя величина имеет смысл сопротивления. Ее так и называют — волновое сопротивление. И величина эта для конкретно взятой линии (и на конкретной частоте, если быть точным) всегда одинаковая, от генератора не зависит.
Если вы возьмете бесконечную линию с каким-то заданным Z (так обычно обозначают волновое сопротивление) и подключите к ней ваш мультиметр, он это сопротивление и покажет. Хотя, казалось бы, просто пара проводов. А вот если пара будет конечной, как это обычно и бывает в нашей жизни, возникнет отражение на конце линии, стоячая волна. Поэтому ваш мультиметр покажет бесконечное сопротивление (это будет, в принципе, пучность).

Итак, по линии бежит волна. Волновое сопротивление линии не меняется (говорят, что линия регулярна ), отношение напряжения к току одинаковое. А теперь — бах! — сопротивление линии совершает скачок.

Так как дальше соотношения между током и напряжением будут уже другие, «лишний» или недостающий ток в точке скачка формирует отраженную волну. Для более подробного понимания процесса неплохо бы записать для точки телеграфные уравнения, но для начала достаточно помнить, что
При отражении от ХХ фаза не меняется
При отражении от КЗ фаза переворачивается на 180°

Ну и осталось сказать про подключение линии к нагрузке. В принципе, нагрузку, можно рассматривать как бесконечную линию с волновым сопротивлением равным сопротивлению нагрузки. Прошлый пример с мультиметром, я думаю, это показывает весьма наглядно тем, кто в начале поста запасся бесконечным проводом. Так что если сопротивление нагрузки равно сопротивлению линии, система согласована, ничего не отражается, КСВ равно единице. Ну а если сопротивления отличаются, справедливы все вышеописанные рассуждения про отражение.
Собственно, в прошлый раз мы рассматривали КЗ и ХХ, вот на эти вещи можно смотреть как на нагрузки с нулевым или бесконечным сопротивлением.

Используя переотражения на скачках волнового сопротивления и линии с разным волновым сопротивлением, можно получить множество разных вещей в СВЧ. Нужно рассказывать про диаграмму смита и комплексное волновое сопротивление, это не сегодня. Приведу только пару примеров:
1. Если отрезок линии имеет длину в половину длины волны, его волновое сопротивление не важно. Волновое сопротивление на входе равно волновому сопротивлению на выходе.

2. Для отрезка в четверть волны c волновым сопротивлением линии Z волновое сопротивление на входе рассчитывается по формуле

Так можно согласовывать линии с разным волновым сопротивлением в узком диапазоне (в котором одна-три-пять-… четвертей длины волны соответствует длине шлейфа)

А теперь посмотрим на линию передачи поближе.

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РАСЧЕТА КАБЕЛЕЙ И ПРОВОДОВ

Волновое сопротивление — это сопротивление, которое встре­чает электромагнитная волна при распространении вдоль однород­ной линии без отражения, равное:

в тональном диапазоне частот (f =800 гц):

Волновое сопротивление коаксиального (или одножильного) ка­беля в металлической оболочке

где 3335,8 — постоянная, принятая техническим комитетом 40–2 МЭК; א — отношение скоростей распространения;

где Zк и Zк+1 — волновое сопротивление двух различных участков кабеля, ом; Zср — среднее значение волнового сопротивления, ом; Δ Z/2 — среднеарифметическое отклонение волнового сопротивления от среднего значения.

Волновое сопротивление спиральных кабелей (задержки)

экранированного

на постоянном токе

в области высоких частот (f = 30 кгц и выше)

в 2,718 раза

В радиочастотных кабелях затухание обычно выражают в децибелах. Затухание в 1 бел соответствует уменьшению мощности на выходе кабельной линии в 10 раз по сравнению с мощностью на входе

Соотношения между единицами измерения

Затухание коаксиального радиочастотного кабеля

Если внутренний и внешний проводники кабеля медные (ρ 1 = ρ 2 = 0,0175 ом*мм2/м, μ 1= μ 2=1)

Таблица 2-10

Затухание коаксиальных кабелей связи:

Затухание коаксиального кабеля с полиэтиленовой шайбовой изоляцией:

Затухание кабелей связи:

при передаче тональных частот (f = 800 гц)

При расчете затухания кабелей с изоляцией из высокочастот­ных материалов, у которых второе слагаемое имеет малое значение и им пренебрегают, затухание

где а — допустимое затухание кабельной линии, неп. Существующи­ми нормами величина максимально допустимого затухания для линий низкочастотной телефонной связи (НЧ) регламентирована до 3,3 неп, а высокочастотным линиям (ВЧ)-до 6-7 неп. Предельно допустимая дальность связи по магистральным кабельным линиям

где τ — допустимое время прохождения сигнала, мсек; нормами Международного консультативного комитета время прохождения сигналов от одного абонента к другому не должно превышать 250 мсек, а для кабельных линий, соединенных с международными магистралями,-100 мсек, Т — время пробега сигнала на участке линии 1 км, мсек/км.

← Предыдущая | Следующая → … содержание…

www.proelectro2.ru

Уроки по электрическим цепям — линии передачи

Ещё не начав читать статью, попробуйте подумать над вопросом: побежит ли ток, если подключить к батарейке очень длинный провод(более чем 300 тысяч километров, сверхпроводник), если противоположные концы провода никуда не подключены? Сколько Ампер? Прочитав эту статью, вы поймёте в чём смысл волнового сопротивления. Из лекций по теории волн я вынес только то, что волновое сопротивление — это сопротивление волнам. Большая часть студентов, кажется, поняла ровно то же самое. То есть ничего.

Эта статья — весьма вольный перевод этой книги: Lessons In Electric Circuits

Статьи по теме: На Хабре: Контакт есть, сигнала нет Трэш в Википедии: Длинная линия

50-омный кабель?
В начале моего увлечения электроникой я часто слышал про волновое сопротивление коаксиального кабеля 50Ω. Коаксиальный кабель – это два провода. Центральный провод, изолятор, оплётка, изолятор. Оплётка полностью закрывает центральный проводник. Такой провод используется для передачи слабых сигналов, а оплётка защищает сигнал от помех.

Я был озадачен этой надписью – 50 Ω. Как могут два изолированных проводника иметь сопротивление друг с другом 50 Ω? Я измерил сопротивление между проводами и увидел, как и ожидалось, обрыв. Сопротивление кабеля с одной стороны до другой — ноль. Как бы я не подключал омметр, я так и не смог получить сопротивление 50 Ом. То, что я не понимал в то время – так это как кабель реагирует на импульсы. Конечно, омметр работает с постоянным током, и показывает, что проводники не соединены друг с другом. Тем не менее, кабель, из-за влияния ёмкости и индуктивности, распределённой по всей длине, работает как резистор. И так же, как и в обычном резисторе, ток пропорционален напряжению. То, что мы видим как пара проводников – важный элемент цепи в присутствии высокочастотных сигналов. В этот статье вы узнаете что такое линия связи. Многие эффекты линий связи не проявляются при работе с постоянным током или на сетевой частоте 50 Гц. Тем не менее, в высокочастотных схемах эти эффекты весьма значительны. Практическое применение линий передач – в радиосвязи, в компьютерных сетях, и в низкочастотных схемах для защиты от перепадов напряжения или ударов молний.

Провода и скорость света
Рассмотрим следующую схему. Цепь замкнута – лампа зажигается. Цепь разомкнута – лампа гаснет. На самом деле лампа зажигается не мгновенно. Ей как минимум надо раскалиться. Но я хочу заострить внимание не на этом. Хотя электроны двигаются очень медленно, они взаимодействуют друг с другом гораздо быстрее – со скоростью света. Что произойдёт, если длина проводов будет 300 тысяч км? Так как электроэнергия передаётся с конечной скоростью, очень длинные провода внесут задержку. Пренебрегая временем на разогрев лампы, и сопротивлением проводов, лампа зажжётся примерно через 1 секунду после включения выключателя. Несмотря на то, что строительство сверхпроводящих ЛЭП такой длины создаст огромные практические проблемы, теоретически это возможно, поэтому наш мысленный эксперимент реален. Когда переключатель выключается, лампа будет продолжать получать питание ещё 1 секунду. Один из способов представить движение электронов в проводнике – это вагоны поезда. Сами вагоны движутся медленно, только начинают движение, и волна сцеплений передаётся гораздо быстрее.

Другая аналогия, возможно более подходящая – волны в воде. Объект начинает движение горизонтально вдоль поверхности. Создастся волна из-за взаимодействия молекул воды. Волна будет перемещаться гораздо быстрее, чем двигаются молекулы воды.

Электроны взаимодействуют со скоростью света, но движутся гораздо медленнее, подобно молекуле воды на рисунке выше. При очень длинной цепи становится заметна задержка между нажатием на выключатель и включением лампы.

Волновое сопротивление
Предположим, у нас есть два параллельных провода бесконечной длины, без лампочки в конце. Потечёт ли ток при замыкании выключателя? Несмотря на то, что наш провод — сверхпроводник, мы не можем пренебречь ёмкостью между проводами:

Подключим питание к проводу. Ток заряда конденсатора определяется формулой: I = C(de/dt). Соответственно, мгновенный рост напряжения должен породить бесконечный ток. Однако ток не может быть бесконечным, так как вдоль проводов есть индуктивность, ограничивающая рост тока. Падение напряжения в индуктивности подчиняется формуле: E = L(dI/dt). Это падение напряжения ограничивает максимальную величину тока.


Поскольку электроны взаимодействуют со скоростью света, волна будет распространяться с той же скоростью. Таким образом, нарастание тока в индуктивностях, и процесс зарядки конденсаторов будет выглядеть следующим образом:


В результате этих взаимодействий, ток через батарею будет ограничен. Так как провода бесконечны, распределённая емкость никогда не зарядится, а индуктивность не даст бесконечно нарастать току. Другими словами, провода будут вести себя как постоянная нагрузка. Линия передачи ведёт себя как постоянная нагрузка так же, как и резистор. Для источника питания нет никакой разницы, куда бежит ток: в резистор, или в линию передачи. Импеданс (сопротивление) это линии называют волновым сопротивлением, и оно определяется лишь геометрией проводников. Для параллельных проводов с воздушной изоляцией волновое сопротивление рассчитывается так:

Для коаксиального провода формула расчёта волнового сопротивления выглядит несколько иначе:

Если изоляционный материал – не вакуум, скорость распространения будет меньше скорости света. Отношение реальной скорости к скорости света называется коэффициентом укорочения. Коэффициент укорочения зависит только от свойств изолятора, и рассчитывается по следующей формуле:

Волновое сопротивление известно также как характеристическое сопротивление. Из формулы видно, что волновое сопротивление увеличивается по мере увеличения расстояния между проводниками. Если проводники отдалить друг от друга, становится меньше их ёмкость, и увеличивается распределённая индуктивность (меньше эффект нейтрализации двух противоположных токов). Меньше ёмкость, больше индуктивность => меньше ток => больше сопротивление. И наоборот, сближение проводов приводит к большей ёмкости, меньшей индуктивности => больше ток => меньше волновое сопротивление. Исключая эффекты утечки тока через диэлектрик, волновое сопротивление подчиняется следующей формуле:

Линии передачи конечной длины
Линии бесконечной длины – интересная абстракция, но они невозможны. Все линии имеют конечную длину. Если бы тот кусок 50 Ом кабеля RG-58/U, который я измерял с помощью омметра несколько лет назад, был бесконечной длины, я бы зафиксировал сопротивление 50 Ом между внутренним и внешним проводом. Но эта линия не была бесконечной, и она измерялась как открытая, с бесконечным сопротивлением. Тем не менее, волновое сопротивление важно также и при работе с проводом ограниченной длины. Если к линии приложить переходное напряжение, потечёт ток, который равен отношению напряжения к волновому сопротивлению. Это всего лишь закон Ома. Но он будет действовать не бесконечно, а ограниченное время. Если в конце линии будет обрыв, то в этой точке ток будет остановлен. И это резкое прекращение тока повлияет на всю линию. Представьте себе поезд, идущий вниз по рельсам, имеющий слабину в муфтах. Если он врежется в стенку, он остановится он не весь сразу: сначала первый, потом второй вагон, и т.д.

Сигнал, распространяющийся от источника, называют падающей волной. Распространение сигнала от нагрузки обратно к источнику называют отражённой волной. Как только нагромождение электронов в конце линии распространяется обратно к батарее, ток в линии прекращается, и она ведёт себя как обычная открытая схема. Всё это происходит очень быстро для линий разумной длины так, что омметр не успевает померить сопротивление. Не успевает поймать тот промежуток времени, когда схема ведёт себя как резистор. Для километрового кабеля с коэффициентом укорочения 0,66 сигнал распространяется всего 5.05мкс. Отражённая волна идёт обратно к источнику ещё столько же, то есть в сумме 10,1 мкс. Высокоскоростные приборы способны измерить это время между посылкой сигнала и приходом отражения для определения длины кабеля. Этот метод может быть применён также для определения обрыва одного или обоих проводов кабеля. Такие приборы называются рефлектометры для кабельных линий. Основной принцип тот же, что и у ультразвуковых гидролокаторов: генерация импульса и замер времени до эха. Аналогичное явление происходит и в случае короткого замыкания: когда волна достигает конца линии, она отражается обратно, так как напряжение не может существовать между двумя соединёнными проводами. Когда отражённая волна достигает источника, источник видит, что произошло короткое замыкание. Всё это происходит за время распространения сигнала туда + время обратно. Простой эксперимент иллюстрирует явление отражения волн. Возьмите верёвку, как показано на рисунке, и дёрните её. Начнёт распространяться волна, пока она полностью не погасится за счёт трения.

Это похоже на длинную линию с потерями. Уровень сигнала будет падать по мере продвижения по линии. Однако, если второй конец закрепить на твёрдую стенку, возникнет отражённая волна:

Как правило, назначением линии передачи является передача электрического сигнала от одной точки к другой. Отражения могут быть исключены, если терминатор на линии в точности равен волновому сопротивлению. Например, разомкнутая или короткозамкнутая линия будет отражать весь сигнал обратно к источнику. Но если на конце линии включить резистор 50 Ом, то вся энергия будет поглощена на резисторе. Это всё имеет смысл, если мы вернёмся к нашей гипотетической бесконечной линии. Она ведёт себя как постоянный резистор. Если мы ограничим длину провода, то он будет себя вести как резистор лишь некоторое время, а потом – как короткое замыкание, или открытая цепь. Однако, если мы поставим резистор 50 Ом на конец линии, она вновь будет себя вести как бесконечная линия.

В сущности, резистор на конце линии, равный волновому сопротивлению, делает линию бесконечной с точки зрения источника, потому что резистор может вечно рассеивать энергию так же, как и бесконечные линии могут поглощать энергию. Отражённая волна, вернувшись обратно к источнику, может вновь отразиться, если волновое сопротивление источника не равно в точности волновому сопротивлению. Этот тип отражений особенно опасен, он делает вид, что источник передал импульс.

Короткие и длинные линии передачи
В цепях постоянного тока волновое сопротивление, как правило, игнорируется. Даже коаксиальный кабель в таких цепях применяется лишь для защиты от помех. Это связано с короткими промежутками времени распространения по сравнению с периодом сигнала. Как мы узнали в предыдущей главе, линия передачи ведёт себя как резистор до тех пор, пока отражённая волна на вернётся обратно к источнику. По истечении этого времени (10,1 мкс для километрового кабеля), источник видит полное сопротивление цепи. В случае, если цепь передаётся низкочастотный сигнал, источник на какое-то время видит волновое сопротвление, а потом – полное сопротивление линии. Мы знаем, что величина сигнала не равна по всей длине линии из-за распространения со скоростью света(почти). Но фаза низкочастотного сигнала изменяется незначительно за время распространения сигнала. Так, мы можем считать, что напряжение и фаза сигнала во всех точках линии равна. В этом случае мы можем считать что линия является короткой, потому что время распространения гораздо меньше периода сигнала. В противовес, длинная линия это такая, где за время распространения форма сигнала успевает измениться на большую часть фазы, либо даже передать несколько периодов сигнала. Длинными линиями считаются такие, когда фаза сигнала меняется более чем на 90 градусов за время распространения. До этого в данной книге мы рассматривали лишь короткие линии. Чтобы определить тип линии(длинная, короткая), мы должны сравнить её длину и частоту сигнала. Например, период сигнала с частотой 60Гц равен 16,66мс. При распространении со скоростью света(300 тысяч км/с) сигнал пройдёт 5000км. Если коэффициент укорочения будет меньше 1, то и скорость будет меньше 300 тысяч км/с, и расстояние меньше во столько же раз. Но даже если использовать коэффициент укорочения коаксиального кабеля(0,66), расстояние всё равно будет велико — 3300км! Независимо от длины кабеля это называется длиной волны. Простая формула позволяет вычислить длину волны: Длинная линия – такая, где хотя бы умещается ¼ длины волны в длину. И теперь вы можете понять, почему все линии прежде относятся к коротким. Для систем питания переменного тока 60Гц длина кабеля должна превышать 825 км, чтобы эффекты распространения сигнала стали значительными. Кабели от аудио усилителя к колонкам должны быть более 7,5 км в длину, чтобы существенно повлиять на 10кГц звуковой сигнал! Когда имеешь дело с радиочастотными системами, задача с длиной линии передачи является далеко не такой тривиальной. Рассмотрим 100МГц радиосигнал: его длина волны 3 метра даже на скорости света. Линия передачи должна быть более 75 см в длину, чтобы считаться длинной. С коэффициентом укорочения 0,66 эта критическая длина составит всего 50 см. Когда электрический источник подключен к нагрузке через короткую линию передачи, доминирует импеданс нагрузки. То есть, когда линия короткая, волновое сопротивление не влияет на поведение схемы. Мы можем это увидеть при тестировании коаксиального кабеля омметром: мы видит разрыв. Хотя линия ведёт себя как резистор 50Ом (RG/58U кабель) на короткое время, после этого времени мы увидим обрыв. Так как время реакции омметра значительно больше времени распространения сигнала, мы видим обрыв. Эта очень большая скорость распространения сигнала не позволяет нам обнаружить 50Ом переходное сопротивление омметром. Если мы будем использовать коаксиальный кабель для передачи постоянного тока, кабель будет считаться коротким, и его волновое сопротивление не будет влиять на работу схемы. Обратите внимание, что короткой линией будет называться любая линия, где изменение сигнала происходит медленнее, чем сигнал распространяется по линии. Почти любая физическая длина кабеля может являться короткой с точки зрения волнового сопротивления и отражённых волн. Используя же кабель для передачи высокочастотного сигнала, можно по разному оценивать длину линии. Если источник подключен к нагрузке через длинные линии передачи, собственное волновое сопротивление доминирует над сопротивлением нагрузки. Иными словами, электрически длинная линия выступает в качестве основного компонента в цепи, и её свойства доминируют над свойствами нагрузки. С источник, подключенным к одному концу кабеля и передаёт ток на нагрузку, но ток в первую очередь идёт не в нагрузку, а в линию. Это становиться всё более верным, чем длиннее у нас линия. Рассмотрим наш гипотетический 50Ом бесконечный кабель. Независимо от того, какую нагрузку мы подключаем на другой конец, источник будет видеть лишь 50Ом. В этом случае сопротивление линии является определяющим, а сопротивление нагрузки не будет иметь значения. Наиболее эффективный способ свести к минимуму влияние длины линии передачи – нагрузить линию сопротивлением. Если сопротивление нагрузки равно волновому сопротивлению, то любой источник будет видеть то же самое сопротивление, независимо от длины линии. Таким образом, длина линии будет влиять только на задержку сигнала. Тем не менее, полное совпадение сопротивления нагрузки и волнового сопротивления не всегда возможно. В следующем разделе рассматриваются линии передачи, особенно когда длина линии равна дробной части волны. Надеюсь, вы прояснили для себя основные физические принципы работы кабелей К сожалению, следующая глава очень большая. Книга читается на одном дыхании, и в какой-то момент надо остановиться. Для первого поста, думаю, этого хватит. Спасибо за внимание.

Продолжение здесь

Метки:

  • электричество
  • Lessons In Electric Circuits

geektimes.ru

Волновое сопротивление

Волновое сопротивление — сопротивление, которое встречает электромагнитная волна при распространении вдоль однородной линии без отражения:

где U п и I п — напряжение и ток падающей волны;

U от и I от — то же отраженной волны.

Таким образом, величина волнового сопротивления не зависит от длины кабельной линии и постоянна в любой точке цепи.

В общем виде волновое сопротивление — комплексная величина и может быть выражена через действительную и мнимую части:

В табл. 3-1 приведены формулы для расчета Z в α θ β.

Волновое сопротивление коаксиального или одножильного кабеля в металлической оболочке

У изоляционных материалов, у которых диэлектрическая проницаемость почти не зависит от частоты,

где 3335,8 — постоянная, принятая МЭК; — коэффициент укорочения длины волны.

При расчете радиочастотных кабелей стремятся получить оптимальную конструкцию, обеспечивающую высокие электрические характеристики при наименьшем расходе материалов. Так, например, при использовании меди для внутреннего и внешнего проводников радиочастотного кабеля минимальное затухание достигается при отношении, ом, максимальная электрическая прочность — при, ом и максимум передаваемой мощности — при, ом.

Точность и стабильность параметров кабеля зависят от величины допусков диаметров внутреннего и внешнего проводников и стабильности ε.

Зависимость волнового сопротивления симметричного кабеля от частоты приведена на рис. 3-7. Модуль волнового сопротивления Z B с изменением частоты уменьшается от при f = 0 до и остается неизменным во всей области высоких частот. Угол волнового сопротивления равен нулю при f = 0 и на высоких частотах. На тональных частотах (f ≈ 800 гц) угол волнового сопротивления — наибольший. В кабельных линиях преобладает емкостная составляющая волнового сопротивления, и поэтому угол волнового сопротивления всегда отрицателен, а по величине не превышает 45°.

В кабельной линии, однородной по электрическим характеристикам на всем протяжении от генератора до приемника, с нагрузкой по концам, имеющей сопротивление, равное волновому (Z r = Z n = Z B), вся передаваемая электромагнитная анергия полностью поглощается приемником без отражения.

В неоднородных линиях и при несогласованных нагрузках в местах электрических несогласованности возникают отраженные волны и часть энергии возвращается к началу линии. Передаваемая энергия при несогласованной нагрузке значительно меньше, чем при согласованной.

Отраженные волны искажают частотную характеристику собственного волнового сопротивления кабеля. В этом случае на входе линии не волновое, а входное сопротивление Z вх.

Соотношение между энергией, поступающей к приемнику, и энергией отраженной зависит от сопротивлений приемника Z B и волнового Z B и характеризуется коэффициентом отражения

При согласованной нагрузке (Z n = Z в) коэффициент отражения равен нулю, и энергия полностью поглощается приемником. При коротком замыкании (Z п = 0) и режиме холостого хода (Z n = ∞) коэффициенты отражения равны соответственно — 1 и + 1.

Для обеспечения хорошего качества связи и телевизионной передачи по коаксиальному кабелю необходимо, чтобы отклонение волнового сопротивления ΔZ не превышало 0,45 ом, что соответствует коэффициенту отражения

В результате деформаций или наличия эксцентриситета в расположении внутреннего проводника по отношению к внешнему параметры кабеля могут оказаться неравномерно распределенными по его длине. В местах неоднородностей происходят отклонения волнового сопротивления от номинального.

Волновое сопротивление спиральных кабелей (кабелей задержки)

Волновое сопротивление двухкоаксиальных кабелей (с индивидуальными экранами поверх изоляции) вычисляют по формулам для коаксиальных кабелей; оно равно сумме волновых сопротивлений обоих кабелей.

Волновое сопротивление симметричного кабеля в области частот f = 15 000 кгц и выше:

неэкранированного

экранированного

Входным сопротивлением Z вх называется сопротивление на входе линии при любом нагрузочном сопротивлении на ее конце и выражается отношением напряжения U 0 к току I o в начале линии:

Таблица 3 — 1

Приближенные формулы для расчета вторичных параметров передачи кабелей связи

www.proelectro.ru

Расчет волнового сопротивления очень важен в радиотехнике и электронике. Нахождение правильного значения этой величины помогает определить дальность максимального расстояния передачи сигнала и подсказывает, насколько его надо усилить для получения лучшего качества приема.

Любое средство массовой информации передает сигнал на большие расстояния с помощью электромагнитных волн. Одним из свойств такой волны и является волновое сопротивление. Хотя характерные единицы измерения сопротивления — Омы, это не «настоящее» сопротивление, которое можно измерить с помощью специального оборудования, такого как омметр или мультиметр.

Лучший способ понять, что такое волновое сопротивление – это представить себе бесконечно длинный провод, который не создает отраженных или обратных волн при нагрузке. Создание переменного напряжения (V) в такой цепи приведет к появлению тока (I). Волновое сопротивление (Z) в этом случае будет численно равно соотношению:

Эта формула справедлива для вакуума. Но если речь идет о «реальном пространстве», где нет бесконечно длинного провода, уравнение принимает вид закона Ома для участка цепи:

R = V/IДля СВЧ инженеров общим выражением, определяющим волновое сопротивление, является:Z = R+j*w*L/G+j*w*CЗдесь R, G, L и С – номинальные длины волн модели линии передач. Следует отметить, что в общем виде волновое сопротивление может быть комплексным числом. Важным уточнением является то, что такой случай возможен только, если R или G не равны нулю. На практике всегда стараются достичь минимальных потерь на линии передачи сигнала. Поэтому обычно игнорируют вклад R и G в уравнение и, в конечном итоге, количественное значение волнового сопротивления принимает очень маленькое значение.Волновое сопротивление присутствует даже если нет линии передачи. Оно связано с распространением волн в любой однородной среде. Внутреннее сопротивление является мерой отношения электрического поля к магнитному. Оно рассчитывается так же, как и в линиях передачи. Предполагая, что нет «реальной» проводимости или сопротивления в среде, уравнение сводится к простой квадратичной форме:Z = SQRT(L/C)В этом случае индуктивность на единицу длины сводится к проницаемости среды, а емкость на единицу длины – к диэлектрической проницаемости.В пространстве относительная проницаемость среды и диэлектрическая проницаемость всегда постоянны. Таким образом, уравнение внутреннего сопротивления упрощается до уравнения для волнового сопротивления вакуума:n = SQRT(m/e)Здесь m – проницаемость вакуума, а е – диэлектрическая проницаемость среды.

Значение волнового сопротивления вакуума является постоянной величиной и приблизительно равно 120 пикоОм.

Распечатать

Что такое волновое сопротивление

Особенности распространения ультразвука в тканях тела человека.

Диапазоне частот.

Человеческого уха воспринимать упругие колебания среды только в ограниченном

Деление на ультразвук, звук и инфразвук условно. В основе такого деления — свойство

Инфразвуковых волн, имеющих частоту ниже нижней границы слышимого звука.

Но своей природе ультразвуковые волны не отличаются от звуковых, а также

Границу слышимого звука.

Физически тело человека представляет собой неоднородную среду с участками различной плотности и акустических свойств, разделёнными фазовыми поверхностями на различные области.

При прохождении ультразвука в теле человека имеются следующие особенности:

1) Скорость ультразвука в тканях тела человека зависит от вида ткани и тканевой среды. Её значения (м/с) для отдельных тканей следующие:

печень 1570

2) Ткани тела человека сильно рассеивают и отражают ультразвук. Причина — морфологическая неоднородность тканей, наличие множественных поверхностей раздела,
различия в акустических сопротивлениях. Например, акустическое
сопротивление черепа и крови различаются в 3.5 раза.

3) В тканях тела человека происходит сильное ослабление ультразвуковой волны вследствие её поглощения. Пример: значение коэффициента поглощения черепа в 14 раз больше коэффициента поглощения мозга.

Волновое сопротивление — сопротивление, которое встречает электромагнитная волна при распространении вдоль однородной линии без отражения:

где U п и I п — напряжение и ток падающей волны;

U от и I от — то же отраженной волны.

Таким образом, величина волнового сопротивления не зависит от длины кабельной линии и постоянна в любой точке цепи.

В общем виде волновое сопротивление — комплексная величина и может быть выражена через действительную и мнимую части:

В табл. 3-1 приведены формулы для расчета Z в α θ β.

Волновое сопротивление коаксиального или одножильного кабеля в металлической оболочке

У изоляционных материалов, у которых диэлектрическая проницаемость почти не зависит от частоты,

где 3335,8 — постоянная, принятая МЭК;- коэффициент укорочения длины волны.

При расчете радиочастотных кабелей стремятся получить оптимальную конструкцию, обеспечивающую высокие электрические характеристики при наименьшем расходе материалов. Так, например, при использовании меди для внутреннего и внешнего проводников радиочастотного кабеля минимальное затухание достигается при отношении, ом, максимальная электрическая прочность — при, ом и максимум передаваемой мощности — при, ом.

Точность и стабильность параметров кабеля зависят от величины допусков диаметров внутреннего и внешнего проводников и стабильности ε.

Зависимость волнового сопротивления симметричного кабеля от частоты приведена на рис. 3-7. Модуль волнового сопротивления Z B с изменением частоты уменьшается отпри f = 0 дои остается неизменным во всей области высоких частот. Угол волнового сопротивления равен нулю при f = 0 и на высоких частотах. На тональных частотах (f ≈ 800 гц) угол волнового сопротивления — наибольший. В кабельных линиях преобладает емкостная составляющая волнового сопротивления, и поэтому угол волнового сопротивления всегда отрицателен, а по величине не превышает 45°.

В кабельной линии, однородной по электрическим характеристикам на всем протяжении от генератора до приемника, с нагрузкой по концам, имеющей сопротивление, равное волновому (Z r = Z n = Z B), вся передаваемая электромагнитная анергия полностью поглощается приемником без отражения.

В неоднородных линиях и при несогласованных нагрузках в местах электрических несогласованности возникают отраженные волны и часть энергии возвращается к началу линии. Передаваемая энергия при несогласованной нагрузке значительно меньше, чем при согласованной.

Отраженные волны искажают частотную характеристику собственного волнового сопротивления кабеля. В этом случае на входе линии не волновое, а входное сопротивление Z вх.

Соотношение между энергией, поступающей к приемнику, и энергией отраженной зависит от сопротивлений приемника Z B и волнового Z B и характеризуется коэффициентом отражения

При согласованной нагрузке (Z n = Z в) коэффициент отражения равен нулю, и энергия полностью поглощается приемником. При коротком замыкании (Z п = 0) и режиме холостого хода (Z n = ∞) коэффициенты отражения равны соответственно — 1 и + 1.

Для обеспечения хорошего качества связи и телевизионной передачи по коаксиальному кабелю необходимо, чтобы отклонение волнового сопротивления ΔZ не превышало 0,45 ом, что соответствует коэффициенту отражения

В результате деформаций или наличия эксцентриситета в расположении внутреннего проводника по отношению к внешнему параметры кабеля могут оказаться неравномерно распределенными по его длине. В местах неоднородностей происходят отклонения волнового сопротивления от номинального.

Волновое сопротивление спиральных кабелей (кабелей задержки)

Волновое сопротивление двухкоаксиальных кабелей (с индивидуальными экранами поверх изоляции) вычисляют по формулам для коаксиальных кабелей; оно равно сумме волновых сопротивлений обоих кабелей.

Волновое сопротивление симметричного кабеля в области частот f = 15 000 кгц и выше:

неэкранированного

экранированного

Входным сопротивлением Z вх называется сопротивление на входе линии при любом нагрузочном сопротивлении на ее конце и выражается отношением напряжения U 0 к току I o в начале линии:

где.

Таблица 3 — 1

Приближенные формулы для расчета вторичных параметров передачи кабелей связи

Область применения формул Соотношение между R и ωL Расчетные формулы
α, неп/км β, рад/км Z в, ом
Постоянный ток (f = 0) ωL = 0
Тональные частоты (f
Высокие частоты и кабели с повышенной индуктивностью
Промежуточные частоты

Волново́е сопротивле́ние

в акустике, в газообразной или жидкой среде — отношение звукового давления р в бегущей плоской волне (См. Волны) к скорости v колебания частиц среды. В. с. характеризует степень жёсткости среды (т. е. способность среды сопротивляться образованию деформаций) в режиме бегущей волны. В. с. не зависит от формы волны и выражается формулой: p/v = ρc ,где ρ — плотность среды, с — скорость звука. В. с. представляет собой Импеданс акустический среды для плоских волн. Термин «В. с.» введён по аналогии с В. с. в теории электрических линий; при этом давление соответствует напряжению, а скорость смещения частиц — электрическому току.

В. с. — важнейшая характеристика среды, определяющая условия отражения и преломления волн на её границе. При нормальном падении плоской волны на плоскую границу раздела двух сред коэффициент отражения определяется только отношением В. с. этих сред; если В. с. сред равны, то волна проходит границу без отражения. Понятием В. с. можно пользоваться и для твёрдого тела (для продольных и поперечных упругих волн в неограниченном твёрдом теле и для продольных волн в стержне), определяя В. с. как отношение соответствующего механического напряжения (См. Напряжение), взятого с обратным знаком, к скорости частиц среды.

Отраже́ние — физический процесс взаимодействия волн или частиц с поверхностью, изменение направления волнового фронта на границе двух сред с разными свойствами, в котором волновой фронт возвращается в среду, из которой он пришёл. Одновременно с отражением волн на границе раздела сред, как правило, происходит преломление волн (за исключением случаев полного внутреннего отражения).

В акустике отражение является причиной эха и используется в гидролокации. Вгеологии оно играет важную роль в изучении сейсмических волн. Отражение наблюдается на поверхностных волнах в водоёмах. Отражение наблюдается со многими типами электромагнитных волн, не только для видимого света. Отражение УКВ и радиоволн более высоких частот имеет важное значение для радиопередач и радиолокации. Даже жёсткое рентгеновское излучение и гамма-лучи могут быть отражены на малых углах к поверхности специально изготовленными зеркалами. В медицине отражение ультразвука на границах раздела тканей и органов используется при проведении УЗИ-диагностики.

Количественно коэффициент отражения равен отношению потока излучения, отраженного телом, к потоку, упавшему на тело :

Сумма коэффициента отражения и коэффициентов поглощения, пропускания и рассеяния равна единице. Это утверждение следует из закона сохранения энергии.

В тех случаях, когда спектр падающего излучения настолько узок, что его можно считать монохроматическим, говорят омонохроматическом коэффициенте отражения. Если спектр падающего на тело излучения широк, то соответствующий коэффициент отражения иногда называют интегральным .

В общем случае значение коэффициента отражения тела зависит как от свойств самого тела, так и от угла падения, спектрального состава и поляризации излучения. Вследствие зависимости коэффициента отражения поверхности тела от длины волны падающего на него света визуально тело воспринимается как окрашенное в тот или иной цвет.

1. Падающий луч, отраженный луч и перпендикуляр в точке падения лежат в одной плоскости

2. Угол падения равен углу отражения

Наверное, вы не раз слышали такие словосочетания как витая пара , экранированный провод и высокочастотный сигнал? Так вот, коаксиальный кабель — эта разновидность витой пары , но с гораздо большей помехозащищенностью, наиболее подходящий проводник для ВЧ сигнала.

Состоит из центральной жилы (проводника), экранированного слоя (экрана) и двух изолирующих слоев.

Внутренний изолятор служит для изоляции центральной жилы коаксиального кабеля от экрана, внешний — для защиты кабеля от механических повреждений и электрической изоляции.

Защита от помех коаксиальным кабелем. Причина возникновения помех

Что представляют из себя помехи в не коаксиальном кабеле

Стоит сразу разобраться с вопросом защиты от помех. Разберем общие принципы природы их возникновения и влияния помех на передачу информации.

Итак, все мы знаем, что существуют некие помехи в линиях электропередач . Они представляют из себя всплески и, наоборот, пропадания номинального (того, которое должно быть) напряжения в кабеле (в проводе). На графике (зависимости напряжения в кабеле от времени) помехи выглядят так:

Причина возникновения помех — электромагнитные поля от других сигналов и кабелей. Как мы знаем из курса школьной физики, у электричества есть две составляющие — электрическая и магнитная. Первая представляет собой течение тока по проводнику, а вторая — электромагнитное поле, которое создает ток.

Электромагнитное поле распространяется в среде в форме сферы в бесконечность. Проходя через незащищенный от помех (не коаксиальный) кабель, электромагнитный сигнал влияет на магнитную составляющую электрического сигнала в кабеле и вызывает в нем помехи, отклоняя напряжение сигнала от номинального.

Представьте себе, что мы обрабатываем (считываем) сигнал напряжением 10 В с определенной тактовой частотой, например в 1Гц. Это значит, что мы мгновенно списываем показания напряжения в линии каждую секунду. Что произойдет, если именно в момент считывания помеха сильно отклонит напряжение, например с 10 вольт до 7,4 вольт? Правильно, ошибка, мы считаем ложную информацию! Проиллюстрируем этот момент:

Но мы должны помнить о том, что напряжение у нас мерится от корпуса (или от минуса). И фишка в том, что в радиоэлектронике (в электронике высокочастотных сигналов) большую отрицательную роль играют именно высокочастотные помехи , и вот она, собственно говоря, истина: в момент, когда помеха действует на центральную жилу коаксиального кабеля , та же самая помеха действует и на экран коаксиального кабеля , а напряжение мерится от корпуса (который соединен с экраном), поэтому разность потенциалов между экранной частью коаксиального кабеля и его центральной жилой остается неизменной.

Поэтому основная задача в защите от помех при передачи сигнала — держать экранный слой или провод как можно ближе к центральному и всегда на одном и том же расстоянии.

Что лучше защищает от электромагнитных помех — витая пара или коаксиальный кабель?

Сразу ответим на вопрос. Коаксиальный кабель защищает от помех лучше, чем витая пара .

В витой паре два провода свиты между собой и заизолированы друг от друга. Плюсовой провод при сгибах может на доли миллиметра отдаляться от минусового, что отдаляет, собственно, плюс от корпуса. Кроме того, сами жилы плюсового и минусового провода за счет изоляции уже имеют между собой определенный зазор. Помеха может проскочить, но вероятность достаточно мала.

В Коаксиальном кабеле экранный слой по кругу, полностью обволакивает центральную жилу. Помеха никак не может пройти через центральную жилу, минуя экран коаксиала. Кроме того, качество материала, из которого изготавливается коаксиальный кабель, по требованиям государственного стандарта превосходит качество материалов для витых пар . Точка.

Волновое сопротивление

Основная характеристика коаксиального кабеля — волновое сопротивление . Это величина, в общем говоря, характеризующая затухание амплитуды сигнала в коаксиальном кабеле на 1 погонный метр.

Получается она из выражения частного от напряжения сигнала, передаваемого по коаксиальному кабелю , деленного на ток при этом напряжении в коаксиальном кабеле , мерится в Омах.

Но главное, запомните что она характеризует — затухание передаваемого сигнала. Это сама суть волнового сопротивления коаксиальных кабелей. Уменьшение амплитуды напряжения и тока — есть затухание сигнала.

Для того, чтобы окунуться в волновое сопротивление коаксиальных кабелей глубже, нужно знать много разных понятий о теории электромагнитных волн, таких как амплитуда без учета затухания, активное погонное сопротивление, коэффициент затухания электромагнитных волн в коаксиальном волноводе , несколько постоянных электрических величин, затем построить пару интегральных волновых графиков и понять, что все-таки, 77 Ом — идеально подходит для советского телевидения, 30 Ом — идеально подходит для всего кроме советского телевидения, ну а 50 Ом — золотая середина между советским телевидением, коаксиальным кабелем и всем остальным!

Но лучше — запомните суть, а остальному — поверьте на слово)

Стандарты волновых сопротивлений коаксиальных кабелей:

50 Ом. Самый распространенный стандарт коаксиального кабеля . Оптимальные характеристики по передаваемой мощности сигнала, электрической изоляции (плюса от минуса), минимальные потери сигнала при передаче радиосигнала.

75 Ом. Был широко распространен в СССР в части передачи телевизионного и видеосигнала и, что примечательно, оптимально подходит именно для этих целей.

100 Ом, 150 Ом, 200 Ом. Применяются крайне редко, в узкоспециализированных задачах.

Также, немаловажными характеристиками являются:

  • упругость;
  • жесткость;
  • диаметр внутренней изоляции;
  • тип экрана;
  • металл проводника;
  • степень экранировки.

Остались вопросы? Напишите в комментарии) Мы ответим!

Основные параметры коаксиального кабеля

Расскажем только о самых главных понятиях в коаксиальных кабелях.

Импеданс — это главный показатель, который определяет возможность передачи энергии сигнала по кабелю между источником и приемником. У всех элементов на пути сигнала, это разъемы и кабель должен быть один импеданс. Если это правило не соблюдать, это может привести к внутренним отражениям в кабеле, вследствие чего на изображении появляются двойные контуры. Одна из главных причин появления отражений, это некачественные разъемы или их неправильная установка, или же применение разъемов и кабелей разного импеданса.
Стандартный импеданс видеокабелей составляет 75 Ом.
Затухание — это показатель потерь энергии сигнала внутри кабеля. У каждого кабеля свои частотные свойства, поэтому ослабление на разных частотах будет разное. Чем частота выше, тем ослабление больше.
Сопротивление — это показатель качества проводника, который буквально показывает, какая часть энергии сигнала превратится в тепло. Результат таких потерь — это показания снижение уровня сигнала и динамической яркости изображения.
Сопротивление измеряется в омах (Om), Для кабелей сопротивление указывается как Ом на 100 метров (Om/100m) или Ом на 1000 футов (Om/1,000 feet.
Такой показатель, как сопротивление зависит от материала проводника, его размеров и температуры.
Самые хорошие кабели имеют сигнальные проводники из химически чистой меди или покрываются тонким слоем серебра.
Следующий показатель, это емкость По конструкции любой коаксиальный кабель — вытянутый конденсатор. Емкость измеряется в фарадах (F), а емкость кабеля в пикофарадах на метр (pF/m) или в пикофарадах на фут (pF/ft).
Емкость кабеля влияет на высокочастотные составляющие видеосигнала, то есть на четкость и детализацию изображения. Емкость определяется качеством диэлектрика и конструкцией кабеля. Этот параметр особенно важен при передаче цифровых сигналов.
Применяемые для систем видеонаблюдения коаксильные кабели всех видов (кабели снижения, магистральный кабель, распределительный кабель, абонентский кабель) должны иметь волновое сопротивление 75 Ом.
Условные обозначения отечественных коаксиальных кабелей согласно ГОСТу 11326.0.78 имеет следующий вид:РК.W-d-mn-q.
Первые две буквы (РК) указывают тип кабеля-радиочастотный, коаксиальный.
Первое число W означает величину номинального волнового сопротивления (50, 75, 100, 150, 200 Ом).
Второе число d соответствует номинальному диаметру изоляции округленному до меньшего ближайшего целого числа для диаметров более 2 мм (за исключением диаметра 2,95 мм, который округляется до 3 мм и диаметра 3,7 мм, который не округляется).
В зависимости от диаметра по изоляции кабеля подразделяются на субминиатюрные (до 1 мм), миниатюрные (1,5-2,95 мм), среднегабаритные (3,7-11,5 мм) и крупногабаритные (более 11,5 мм). Номинальный диаметр по изоляции коаксиального кабеля должен быть равен одной из величин следующего ряда:
0,15; 0,3; 0,6; 0,87; 1; 1,5; 2,2; 2,95; 3,7; 4,6; 4,8; 5,6; 7,25; 9; 11,5; 13; 17,3; 24; 33; 44; 60; 75 мм.
Для соединений между аппаратурой применяются в основном кабели от 5,6 до 7,5мм, для магистральных соединений применяются кабели 9-13 мм. Обычно самый лучший 11,5 мм.
Число «m» обозначает группу изоляции и категорию теплостойкости кабеля:
1-кабели со сплошной изоляцией обычной теплостойкости;
2-кабели со сплошной изоляцией повышенной теплостойкости;
3-кабели с полувоздушной изоляцией обычной теплостойкости;
4-кабели с полувоздушной изоляцией повышенной теплостойкости;
5-кабели с воздушной изоляцией обычной теплостойкости;
6-кабели с воздушной изоляцией повышенной теплостойкости;
7-кабели высокой теплостойкости.
Число « n» указывает на порядковый номер разработки.
В отдельных случаях в условное обозначение вводится дополнительная буква ( q) :
С — кабель повышенной однородности и фазовой стабильности;
Г — герметичный;
Б — имеет бронепокров;
ОП — имеет поверх оболочки вылетку стальных оцинкованных проволок.
Например: РК-75-4-11-С-это означает радиочастотный, коаксиальный с номинальным волновым сопротивлением 75 Ом, номинальным диаметром изоляции 4,6 мм, со сплошной изоляцией обычной теплостойкости, порядковый номер разработки 1, кабель повышенной однородности.
Маркировка и обозначения импортных кабелей устанавливается международными, национальными стандартами, а также собственными стандартами предприятий-изготовителей (наиболее распространённые серии марок RG, DG и др.)
При монтаже коаксиальных кабелей необходимо соблюдать минимальные радиусы изгиба (оговариваются в стандарте или ТУ на кабели разных марок).
Так, для кабеля РК-75-4-11 минимальный радиус изгиба при t> +5°C — 40 мм, а при t< +5°C — 70 мм.
Сгибать кабель под меньшим радиусом не рекомендуется. Следует также учитывать, что под действием собственного веса кабель вытягивается.
Это необходимо учитывать при прокладке кабеля (по вертикали) и между строениями. Его следует закреплять к стене (мачте) или вспомогательному тросу через каждые 1-2 м.
При хранении кабелей с воздушной и полувоздушной изоляцией их концы должны быть защищены от проникновения влаги внутрь кабеля, а при эксплуатации необходимо применять герметичные соединители.
Срастить два отрезка коаксиального кабеля можно разными способами включая пайку. Наиболее простой способ соединения пайкой с помощью проволочного бандажа показан на рис. 3-1. При этом часть изоляции кабеля не восстанавливается, что приводит к нарушению волнового сопротивления в месте пайки, кроме того, возрастают потери сигнала. Поэтому такой способ сращивания кабелей пригоден только на радиочастотах метровых волн (до 200…300 МГц). Однако его иногда приходится использовать при соединении синфазных антенн, сборке фильтров сложения и других устройств.

.

Определение параметров коаксиального кабеля | Техника и Программы

   Одним из основных параметров высокочастотного кабеля является волновое сопротивление. Обычным омметром его не измерить — для этого нужен специальный прибор. Сам кабель (отечественного производства) не имеет маркировки и если вы не знаете его тип, то, воспользовавшись штангенциркулем, легко сможете определить волновое сопротивление с помощью несложных вычислений.

   

   Для этого нужно снять внешнюю защитную оболочку с конца кабеля, завернуть оплетку и измерить диаметр внутренней полиэтиленовой изоляции. Затем снять изоляцию и измерить диаметр центральной жилы. После этого результат первого измерения разделим на результат второго: при полученном отношении примерно 3,3…3,7 волновое сопротивление кабеля составит 50 Ом, при отношении 6,5…6,9 — составляет 75 Ом.

   Вторым важным параметром является удельное затухание. Эта величина характеризует потери уровня сигнала при его прохождении через один метр кабеля и позволяет сравнивать кабели разных марок.

   Затухание тем больше, чем больше длина кабеля и чем больше частота сигнала. Удельное затухание измеряется в децибелах на метр (дБ/м) и приводится в справочниках в виде таблиц или графиков.

   На рис. 7.11 приведены зависимости удельного затухания коаксиальных кабелей разных марок от частоты. Пользуясь ими, можно подсчитать затухание сигнала в кабеле, при известной его длине, на любой частоте.

   

   Волновое сопротивление линии с малыми потерями определяется по формуле:

   

   Обозначение коаксиального кабеля состоит из букв и трех чисел: буквы РК обозначают радиочастотный коаксиальный кабель, первое число показывает волновое сопротивление кабеля в омах, второе — округленный внутренний диаметр оплетки в миллиметрах, третье — номер разработки. Из графика видно, что удельное затухание зависит от толщинь кабеля: чем он толще, тем удельное затухание меньше.

   Зная длину кабеля, воспользовавшись таблицей 7.2, можно перевести затухание из децибелов в относительное ослабление уровня сигнала на выходе.

   Для практического определения волнового сопротивления любой неизвестной линии передачи, от коаксиального кабеля до пары скрученных проводов, можно также воспользоваться измерителем индуктивности и емкости.

   Волновое сопротивление линии с малыми потерями определяется по формуле:

   Для расчета необходимо выполнить измерение индуктивности закороченного куска линии длиной 1…5 м, а затем измерить емкость разомкнутого на конце куска. При меньшей или большей длине отрезка линии погрешность измерения увеличивается.

   Например, волновое сопротивление сетевых шнуров питания лежит в пределах 30…60 Ом, большинства экранированных микрофонных шнуров — 40…70 Ом, телефонной пары — 70…100 Ом.

   

Как измерить сопротивление изоляции — Всё о электрике

Как измерить сопротивление изоляции

Безопасность в процессе эксплуатации электрооборудования и быстрое устранение проблем в проводке невозможны без своевременной и грамотной диагностики. Для этого нужно знать, как измерить сопротивление изоляции по определенной методике. Тестируемая величина относится к главным параметрам состояния защитного слоя.

Для выполнения подобных мероприятий есть несколько способов. Каким прибором измеряют сопротивление изоляции для получения наиболее достоверной информации? Сегодня мы поговорим о применении самых популярных устройств, используемых для этих целей.

Как измерить сопротивление изоляции мультиметром

Большой диапазон вариантов использования мультиметра обусловлен особенностями его конструкции. Устройство с достаточной точностью справится с тестированием самых разных типов деталей и предохранителей, катушек и конденсаторов.

Расположение обозначений на корпусе варьируется в зависимости от модели, но для нашего случая обязательно должен быть символ «Ω», соответствующий измеряемому сопротивлению. На панели указано несколько пределов для проводимого тестирования и переключатель ручного формата. Все обозначения – это буквенные или цифровые символы.

Основные показатели в процессе измерения

Предположим, что ориентировочные параметры измерения составляют 1 кОм. В процессе проверки на дисплее прибора может быть показана единица, что означает для данной детали более высокое значение сопротивления. Переустанавливаем режим позиции тестера на 1 степень выше. На снимке ниже это равняется 20 кОм. В таком положении следует сделать новое измерение.

Приступая к работе, важно учитывать запрет на касание щупов и выводов измеряемых элементов, ведь в таком случае объективные данные будут искажаться по причине показа суммарного сопротивления тестируемой детали и тела человека.

В чем особенности данного процесса

Некоторые аспекты работы влияют на корректность полученной информации:

  • при тестировании впаянных деталей необходимо один вывод отсоединить от платы;
  • проверить щупы на отсутствие дефектов и повреждений способом их прикладывания друг к другу;
  • выполнить демонтаж многовыводных деталей для гарантии правильного определения их исправности;
  • аккумуляторный источник питания в тестере при разрядке искажает данные измерений.

Все указанные в таблицах или маркированные параметры имеют определенный диапазон допусков, обычно в пределах ± 10%. Приведем пример – для элемента с номинальными характеристиками сопротивления 1 Мом хорошими будут все результаты от 990 кОм до 1,1 Мом.

Как происходит проверка изоляции

Такую процедуру выполняют только в помещениях с плюсовой температурой или в теплую погоду. Это обусловлено возможностью появления кристалликов льда во внутренней части оплетки кабеля. Такие образования относятся к не обладающим проводимостью диэлектрикам. Тестеры их просто не учитывают, а ведь после оттаивания появившаяся влага отрицательно сказывается на состояние кабеля.

Цифровые модели мультиметров имеют несколько секций, выбор которых осуществляется вручную. Подбирается нужный предел измерения после ориентировочной оценки параметров проверяемой цепи. Самые популярные модификации T83x, M83x, MAS83x оснащены пятью вариантами тестирования.

Как измерить сопротивление изоляции мегаомметром

В состав любого образца прибора входят генератор в токовыпрямителем и предназначенный для измерений специальный механизм. Мегаомметры классифицируются по категориям согласно номинальным характеристикам напряжения.

Для устройств любого типа необходимо придерживаться определенных условий на подготовительной стадии:

  • контрольная проверка прибора, выполняемая при находящихся в разомкнутом положении концах жил, при этом указатель находится у значка бесконечности. Замыкании проводов сопровождается приближением стрелки к цифре 0;
  • специальным устройством подтверждается отключение напряжения;
  • обязательное заземление токопродника, снимающееся после установки мегаомметра.

Категорически запрещено прикосновение к токоведущим участкам.

Несколько моментов требуют повышенного внимания в отношении изоляционного слоя элементов, предназначенных для эксплуатации в режиме до 1000 В:

  1. Изоляция защитных и рабочих нулевых проводников должна равняться аналогичному показателю фазных элементов.
  2. Выполняется отсоединение нулевых проводников от заземляющих элементов со стороны приемника и источника питания.

Вращение ручки устройства происходит со скоростью 120 об/мин для обеспечения устойчивого положения стрелки.

Для проводников более 1000 В избежать потенциальных неточностей тестирования из-за присутствия на изоляционном слое токов утечки можно способом накладки экранных колец на измеряемый участок.

Устройство подсоединяется со стороны проверки к жилам после завершения мероприятий, предназначенных для снятия напряжения. Согласно рекомендациям ПУЭ с другой стороны нужно развести жилы на определенное правилами расстояние. Для обеспечения безопасности в этой зоне находится один из работников, а по периметру работ вывешиваются предупредительные плакаты.

Затем поочередно проверяется каждая жила подсоединением к ней одного щупа мегаомметра, второй при этом подключен к заземлению. Пара свободных от проверки жил заземляется. Рекомендованная длительность тестирования – 1 минута.

Кабельные контрольные системы

Единственное отличие применяемой в этом случае технологии от вышерассмотренных, заключается в определении наличия напряжения в токопроводнике на предварительном этапе и проверке прибора в диапазоне 500-2500 вольт. Для этого свободные жилы соединяются и подсоединяются к заземлению, а выходы прибора подключаются к концевой части кабеля и заземляющему контуру.

Периодичность проведения проверок соответствует прописанным для оборудования периодам .

Что такое измерение сопротивления изоляции и почему это важно

Как любое оборудование, техника, со временем из строя начинают выходить и электрические кабели различных видов. Одной из методик определение запаса прочности кабеля и выявления дефектов является измерение сопротивления изоляции. В этой статье рассказывается о том, что это, когда и как оно проводится.

Обследование электропроводки

В каждой организации, в ведении которой находится электроустановки, должен быть ответственный за электрохозяйство. В его обязанности входит составление планово-предупредительных работ по ремонту этого оборудования, а также проведения периодических испытаний и измерений, обследования электропроводки. Периодичность таких измерений, как правило, составляется на основе требований ПТЭЭП. Например, по поводу измерения сопротивления изоляции там сказано, что испытания стоит проводить 1 раз в 3 года.

Что такое измерение сопротивления изоляции

Это измерение специальным прибором (мегаомметром) сопротивления между двумя точками электроустановки, которое характеризует ток утечки между этими точками при подаче постоянного напряжения. Результатом измерения является значение, которое выражается в МОм (мегаОмы). Измерение проводится прибором – мегаомметром, принцип действия которого состоит в измерении тока утечки, возникающего под действием на электроустановку постоянного пульсирующего напряжения. Современные мегаомметры выдают различные уровни напряжения для испытания разного оборудования.

Допустимое сопротивление для различного оборудования

Основным руководящим документом является ПТЭЭП, в котором приводится периодичность испытаний, величина испытательного напряжения и норма значения сопротивления для каждого вида электрооборудования (ПТЭЭП приложение 3.1, таблица 37). Ниже приводится выдержка из документа.

Не стоит путать сопротивление электрических кабелей с сопротивлением коаксиального кабеля и волновым сопротивлением кабеля, т.к. это относится к радиотехнике и там действуют другие принципы подхода к допустимым значениям.

Вопрос электробезопасности

Измерение сопротивления изоляции проводится с целью обезопасить человека от поражения током и в целях пожарной безопасности. Отсюда минимальное значение сопротивления – 500 кОм. Оно взято из простого расчета:

U – фазное напряжение электроустановки;

RИЗ – сопротивление изоляции электрооборудования;

RЧ – сопротивление тела человека, для расчетов по электробезопасности принимается RЧ =1000 Ом.

Подставляя известные значения (U=220 В, RИЗ=500 кОм), получается ток утечки 0,43 мА. Порог ощутимого тока 0,5 мА. Таким образом, 0,5 МОм – это минимальное сопротивление изоляции, при котором среднестатистический человек не будет чувствовать тока утечки.

При измерении мегаомметром также стоит обратить внимание на безопасность, т.к. аппарат выдает до 2500 В на своих щупах, оно может быть смертельным для человека. Поэтому проводить измерения может только специально обученный персонал. Подключение мегаомметра и измерения должны проводиться на отключенной от электрической сети электроустановке. Необходимо провести проверку электропроводки на отсутствия напряжение. Если проходят испытания для кабеля, следует обезопасить это место от случайного прикосновения к неизолированным частям кабеля на противоположном конце от места испытания.

Методика измерения сопротивления изоляции кабеля

Сначала персонал должен определить отсутствие напряжения на кабеле с помощью указателя напряжения. На противоположном конце жилы кабеля должны быть разведены на достаточное расстояние, чтобы не было случайного замыкания. Затем вывешиваются запрещающие знаки в зоне проведения испытания. Также необходимо провести визуальный осмотр кабеля, если это возможно, чтобы определить, есть ли места перегрева или оголенные участки. После этого можно приступать к измерениям. Необходимо измерить сопротивление изоляции между фазами (А-В, А-С, В-С), между фазами и нулем (А-N. B-N, C-N), между нулем и заземляющим проводом. Время каждого измерения – 1 минута. После каждого испытания необходимо заземлять жилу кабеля, хотя современные мегаомметры могут проводить самостоятельную разрядку. Полученные результаты записываются в протокол. Стоит помнить, что, если полученные данные делаются для какой-то проверяющей комиссии, протокол имеет право делать только специализированная электролаборатория.

Приборы для проведения измерений

Для проведения испытаний именно постоянным пульсирующим напряжением наилучшим выбором является мегаомметр. В приборах старых конструкций для получения напряжений использовался встроенный механический генератор, работающий по принципу динамо-машины. Чтобы выдать необходимое напряжение, надо было усиленно крутить ручку. В настоящее время мегаомметры выполняются в виде электронных устройств, работающих от батарей, они имеют компактный размер и удобное программное обеспечение. Современные мегаомметры имеют память, где хранятся несколько испытаний. При каждом измерении проводится автоматический подсчет коэффициента абсорбции. Его значение определяется отношением тока поляризации к току утечки через диэлектрик — изоляцию обмотки. При влажной изоляции коэффициент абсорбции близок к 1. При сухой изоляции R60 (сопротивление изоляции через 60 сек после начала испытания) на 30-50 % больше, чем R15 (через 15 сек).

Измерение сопротивления изоляции кабеля – ответственная процедура, от правильности выполнения которой, зависит безопасность, как людей, так и оборудования. Поэтому не стоит пренебрегать этой несложной, но полезной операции. Это поможет сэкономить немало средств.

Как измерить сопротивление изоляции кабеля?

Какие приборы используют?

Прежде чем приступать к работе, нужно замерить температуру воздуха окружающей среды. Для чего это необходимо? Если кабельная линия во время отрицательной температуры будет иметь частицы воды, то они превращаются под действием мороза во льдинки, а лед – это диэлектрик, который не имеет проводимости. Поэтому когда сопротивление будет измеряться при отрицательной температуре, то эти льдинки обнаружены не будут.

Затем для того чтобы осуществит замер изолирующего слоя проводки (ее сопротивление), необходимо обладать специальными приборами и средствами для диагностики. Измерить сопротивление можно специальным прибором, который называется мегаомметром (на фото ниже).

Мегаомметром можно замерить сопротивление на напряжение 2500 В (изоляция низковольтных и высоковольтных линий). Измерение происходит на напряжение 500–2500 В контрольных силовых линий (цепи управления, цепи питания, короткозамыкатели и т. д.).

Такие приборы должны каждый год проходить государственную поверку, в результате которой ставится штамп, где указывается серийный номер и дата, когда необходимо пройти следующую поверку. Каждый кабель имеет свои нормы, ГОСТ и ПУЭ, согласно которым проводятся проверки и испытания проводов.

Методика проведения испытаний

Прежде чем осуществить измерение сопротивления изоляции проводов и кабелей следует выполнить следующие действия:

  1. Проверить состояние прибора. Для этого следует проверить направление стрелки при разомкнутых (стрелка показывает на бесконечность) и сомкнутых (показывает на ноль) проводах.
  2. Проверить отсутствие питания. Провод не должен быть под напряжением.
  3. Заземлить кабель, который будут испытывать.

Измерение отличается в зависимости от классификации силовых линий, но эти отличия незначительные. Например, контрольный кабель имеет свою отличительную особенность: для того, чтобы измерить сопротивление, провод не нужно отсоединять от схемы.

Изоляция приборов проверяется с помощью специальных устройств, к которым во время испытаний прикасаться запрещено. Показания следует снимать только тогда, когда стрелка прибора примет устойчивое положение. Измерение осуществляется в течение одной минуты. С электронными приборами дела обстоят быстрее и результат выводится сразу на экран. Все данные следует записать в блокнот.

После того как все данные были получены, необходимо составить акт и протокол испытания. В первую очередь следует сравнить полученные значения с существующими нормами и требованиями. Затем сделать вывод: пригоден ли кабель для дальнейшей эксплуатации. И только после этого составить протокол измерения сопротивления изоляции кабеля. Образец протокола предоставлен на фото ниже:

Более подробно о том, как пользоваться мегаомметром, вы можете узнать из нашей статьи!

Как часто проводят замеры?

В организациях небольших размеров сопротивление измеряют с периодичностью один раз в три года (согласно ГОСТу и ПТЭЭП). Изоляция электропроводки фиксируется в протоколе, в котором помимо замеров указывается и проверка исправности УЗО.

Измерение сопротивления изоляции на объектах с повышенной опасностью должны проводиться каждый год. Это такие помещения, где присутствует повышенная влажность или высокая температура. На промышленных предприятиях такой замер позволит предотвратить или избежать остановки оборудования. После того как был осуществлен осмотр оборудования составляется специальный отчет, в котором указывается полностью состояние электроустановок.

Измерение следует проводить согласно установленным срокам. Ведь благодаря этому можно заранее избежать различных аварийных ситуаций, которые могут иметь серьезные последствия. Также несвоевременная проверка несет за собой штрафы, которые накладывают соответствующие органы.

Ниже представлена схема периодичности проверок в зависимости от классификации и категории помещения:

Кто проводит проверку и зачем это нужно?

Для того чтобы измерить сопротивление необходимо иметь специальное разрешение и доступ. Исходя из этого, кабель могут испытывать только специальные компании и организации, которые имеют квалифицированных сотрудников. Они должны пройти соответствующее обучение и получить требуемый разряд по электробезопасности.

Проводить замер необходимо для того, чтобы заранее выявить повреждения в оборудовании. Ведь изоляция играет значительную роль в безопасности работы с электрооборудованием. Если кабель или провод поврежден, то значит электроустановка становится опасной при работе. Ведь провод или кабель могут загореться и стать причиной пожара. Если заранее проверить кабель на исправность изолирующего слоя, это предотвратит от таких неприятностей, как:

  • преждевременный выход из строя оборудования;
  • короткое замыкание проводки;
  • поражение током работника;
  • аварийные ситуации различного характера.

Именно поэтому очень важно проводить измерение сопротивления изоляции кабеля. Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео по теме:

Теперь вы знаете, как измерить сопротивление изоляции проводов и кабелей. Надеемся, предоставленная инструкция была для вас полезной и интересной!

Наверняка вы не знаете:

{SOURCE}

Калькулятор импеданса коаксиального кабеля — все RF

Большинство радиочастотных коаксиальных кабелей имеют импеданс 50 Ом или 75 Ом. Они считаются стандартизированными значениями импеданса с доступными кабелями. В некоторых случаях пользователям требуется пользовательское значение импеданса. Этого можно добиться, регулируя внутренний и внешний диаметр коаксиального кабеля вместе с диэлектриком.

Примечание: Для работы этого калькулятора единицы измерения диаметра внешнего и внутреннего проводника должны совпадать.Они всегда находятся в соотношении, поэтому будут компенсировать друг друга.

Результат

  • емкости на единицу длины блока (C)

    PF

  • 1

    Индуктивность на единицу длины блока (L)

    NH

  • Импеданс на единицу длины блока (z)

    Ω

  • Частота среза (f c )

    ГГц

Нажмите здесь для просмотра изображения

Емкость коаксиального кабеля внешний экран кабеля.Значение емкости зависит от расстояния между проводниками, диэлектрической проницаемости и импеданса кабеля. Эту емкость можно рассчитать по следующей формуле.



, где:

C = емкость в PF / Meter
εr = относительная проницаемость диэлектрика между внутренними и внешними проводниками
D = наружный диаметр
D = внутренний диаметр

индуктивность кабеля

Индуктивность коаксиального кабеля пропорциональна длине линии и не зависит от диэлектрической проницаемости материала между жилами.Индуктивность можно рассчитать по следующей формуле.

, где:

L = индуктивность в μH / Meter

D = внешний диаметр

D = внутренний диаметр

Примечание: Значение μr в этом калькуляторе было принято как 1.

Расчет импеданса коаксиального кабеля

Импеданс радиочастотного коаксиального кабеля зависит от диэлектрической проницаемости кабеля и диаметра внутреннего и внешнего проводников.Импеданс можно рассчитать по следующей формуле.

Где:

Zo = волновое сопротивление в Ом

εr = относительная проницаемость диэлектрика

D = внутренний диаметр внешнего проводника

d = диаметр внутреннего и внешнего диаметров проводника могут быть в любых единицах, поскольку они всегда находятся в соотношении, поэтому они компенсируют друг друга.

Частота отсечки коаксиального кабеля

Полное сопротивление отсечки коаксиального кабеля зависит от относительной диэлектрической проницаемости среды, а также от внешнего и внутреннего диаметров проводников.Частоту среза можно рассчитать по следующей формуле.

Где:

εr = относительная проницаемость диэлектрика

D = внутренний диаметр внешнего проводника

d = диаметр внутреннего проводника

Загрузите приложение RF Calculator

Загрузите приложение RF Calculator на устройства Android или iOS.

Характеристики коаксиального кабеля

|

Х.Марк Бауэрс

В моей летней колонке мы начали обзор исследований, проведенных Оливером Хевисайдом (1850–1925 гг.), английским физиком, инженером и математиком, чьи исследования помогли определить нашу отрасль. Если вы не читали мою последнюю колонку, посвященную сопротивлению, реактивному сопротивлению и импедансу, возможно, вы захотите прочитать это, прежде чем продолжить. https://broadbandlibrary.com/resistance-reactance-and-impedance/

Основы коаксиального кабеля

Большинство из нас знакомы с коаксиальным кабелем, который использовался в кабельном телевидении с момента создания первых систем в 1940-х и 1950-х годах.Теперь давайте продолжим мою последнюю колонку с исследованием коаксиальной линии передачи. Коаксиальный кабель имеет внутренний проводник, окруженный трубчатым изолирующим слоем, окруженным трубчатым проводящим экраном. Термин коаксиальный используется потому, что внутренний и внешний проводники имеют общую геометрическую ось.

В 1880 году Оливер Хевисайд изучал так называемый скин-эффект в телеграфных линиях передачи. Он пришел к выводу, что обертывание изолирующей оболочки вокруг линии передачи увеличивает как четкость сигнала, так и долговечность кабеля.В следующем году он запатентовал первый коаксиальный кабель (британский патент № 1407). Четыре года спустя, в 1884 году, компания Siemens произвела первый коммерческий коаксиальный кабель. См. рис. 1.

Коаксиальный кабель

используется для передачи высокочастотных электрических сигналов с относительно низкими потерями и используется в различных приложениях и отраслях. Он отличается от других экранированных кабелей тем, что размеры жил и разъемов кабеля более точно контролируются, чтобы обеспечить эффективную передачу электрической энергии от источника к нагрузке, экранируя сигнал от внешних помех.

В приведенном ниже анализе большинство параметров коаксиального кабеля можно охарактеризовать с помощью общепринятых формул; однако, за исключением характеристического импеданса (Z0), мы не будем их рассматривать, так как математический анализ не входит в мои основные цели.

Внешняя оболочка обычно имеет потенциал земли, а центральный проводник имеет потенциал, отличный от земли. Как и следовало ожидать, коаксиальный кабель интуитивно работает на более низких частотах (например, 60 Гц), поскольку это просто два проводника, разделенных изоляционным материалом.Однако на более высоких частотах производительность и анализ усложняются.

 

Рисунок 1. Конструкция коаксиального кабеля

Рисунок 2. Эквивалентный коаксиальный кабель высокой частоты

Рис. 3. Упрощенный эквивалент коаксиального кабеля

 

Эквивалентная схема коаксиального кабеля

На более высоких частотах коаксиальный кабель приобретает сложные характеристики, которые лучше всего можно представить в виде ряда «распределенных» значений индуктивности, сопротивления, емкости и проводимости.См. рис. 2.

Коаксиальные кабели часто анализируются как элементы с «потерями» с сосредоточенными значениями емкости и индуктивности, хотя электрические характеристики отрезка коаксиального кабеля, передающего высокочастотные сигналы, более сложны, чем это.

Серийное сопротивление

Сопротивление постоянному току коаксиального кабеля указывается на единицу длины, при этом сопротивление центральной жилы и оболочки обычно указывается отдельно. Например, производители опубликовали данные по стойкости .500-дюймовый кабель P3 имеет сопротивление 1,35 Ом на 1000 м для центрального проводника и 0,37 Ом на 1000 м для оболочки. Сопротивление контура представляет собой сумму этих значений.

Серийная индуктивность

Отрезок коаксиального кабеля, хотя и прямой, содержит некоторую индуктивность из-за магнитного поля вокруг центрального проводника при передаче энергии. Это магнитное поле представлено как последовательная катушка индуктивности, указанная в (микро) генри на единицу длины.

Шунтирующая емкость

Емкость шунта представляет собой способность коаксиального кабеля нести заряд.Поскольку центральный проводник и оболочка представляют собой отдельные проводники с разными потенциалами напряжения, разделенные диэлектриком, длина коаксиального кабеля содержит емкость и указывается в (пико) фарадах на единицу длины.

Шунт проводимости

Проводимость противоположна сопротивлению. Это мера того, насколько легко электрический ток проходит через материал. Электропроводность обозначается буквой G и измеряется в сименсах (S) или первоначально в мосах (Ʊ ом, написанных наоборот) для нас, старожилов.Математически проводимость обратно пропорциональна сопротивлению: G = 1/R. Как правило, шунтирующая проводимость в коаксиальном кабеле невелика, поскольку современные диэлектрические материалы имеют отличные свойства с низкой диэлектрической проницаемостью. Однако на более высоких частотах диэлектрик допускает некоторую проводимость (утечку) между центральным проводником и оболочкой.

Диэлектрические потери

Диэлектрические потери возникают из-за поглощения энергии, поскольку электрическое поле быстро меняет полярность и возникает, когда проводимость больше нуля.Это одна из основных потерь в коаксиальном кабеле на высоких частотах. Потерянная энергия рассеивается в виде тепла и увеличивается непосредственно с приложенной частотой (и приложенным ВЧ-напряжением).

ВЧ-затухание

На более высоких частотах скин-эффект увеличивает эффективное сопротивление переменному току, ограничивая проводимость тонким внешним слоем каждого проводника. В дополнение к увеличению резистивных потерь, там, где присутствуют высокие частоты, также становится существенным влияние диэлектрических потерь.Я не привожу формулу для расчета радиочастотного затухания, поскольку по моему опыту результаты расчетов часто значительно отличаются от опубликованных производителем данных по разным причинам. Поэтому всегда используйте опубликованные производителем данные о радиочастотном затухании, когда они доступны.

Волновое сопротивление

Как обсуждалось в моей последней колонке, импеданс представляет собой полное сопротивление протеканию тока и включает эффекты сопротивления наряду с индуктивным и емкостным реактивным сопротивлением.Поскольку часто присутствуют реактивные компоненты (если только цепь не является только резистивной), импеданс обычно представляет собой комплексную величину, то есть он имеет как амплитудную, так и фазовую составляющие. Большинство выпускаемых кабелей (в том числе некоаксиальных) имеют заданное волновое сопротивление Z 0 . Z 0 линии передачи бесконечной длины представляет собой импеданс в омах на заданной частоте.

Волновое сопротивление имеет ценное применение, которое легче понять с точки зрения его влияния на передачу энергии от источника к нагрузке.Если вход коаксиального кабеля с сопротивлением Z 0 75 Ом подключить к источнику сигнала с импедансом 75 Ом, а выход кабеля подключить к резистивной нагрузке 75 Ом, вся энергия будет передаваться от источника к нагрузке ( нулевая отраженная энергия). Мы рассмотрим эту идею подробнее в моей следующей колонке.

В коаксиальном кабеле Z 0 определяется сопротивлением, емкостью, индуктивностью и проводимостью кабеля, как показано в следующей формуле.

где:

Z 0 = волновое сопротивление (Ом)

R = последовательное сопротивление на единицу длины (Ом)

L = последовательная индуктивность на единицу длины (генри)

G = проводимость на единицу длины (сименс)

C = шунтирующая емкость на единицу длины (фарады)

j = угловой момент (фаза), вносимый индуктивной и емкостной составляющими

Теперь изучите рисунок 3.Поскольку резистивная (R) и проводящая (G) составляющие в современном коаксиальном кабеле относительно малы по сравнению с другими факторами, первая формула Z 0 может быть упрощена до

.

для линии без потерь. Обратите внимание, что отношение L/C должно оставаться приблизительно равным 5625, чтобы получить Z0, равное 75 Ом, для приложений кабельного телевидения. Это соотношение между последовательной индуктивностью и шунтирующей емкостью возникает из соотношения расстояния между внутренним и внешним проводниками, а также типа и качества диэлектрического материала.Это дает третью формулу, которая будет знакома многим из вас.

где:

ε k = диэлектрическая проницаемость

D = внутренний диаметр внешнего проводника (оболочки) в дюймах или мм.

d = внешний диаметр внутреннего проводника (центрального проводника) в дюймах или мм.

Используя в качестве примера кабель .500” P3, ε k 1,3 (современный вспененный диэлектрик) плюс 0,452” для D и 0,109” для d дает Z 0 74,76 Ом.

В моей зимней колонке 2020 года мы будем использовать концепции из моих весенней и летней колонок, чтобы сделать некоторые дальнейшие наблюдения за коаксиальными линиями передачи, включая несколько измерений.

 

 


Х. Марк Бауэрс,
Cablesoft Engineering, Inc.

[email protected]

Марк является вице-президентом по проектированию компании Cablesoft Engineering, Inc. Он занимается телефонией с 1968 года и кабельной промышленностью с 1973 года.Его последняя отраслевая должность была вице-президентом по корпоративному инжинирингу Warner Cable Communications в Дублине, штат Огайо. Образование Марка включает в себя Военно-морскую школу ядерной инженерии США, а также степени бакалавра и магистра в области управления технологиями. Марк является членом SCTE•ISBE, IEEE, а также старшим членом и лицензированным главным инженером по телекоммуникациям в iNARTE.


 

Определение импеданса коаксиального кабеля — история 50 Ом

Определение импеданса коаксиального кабеля — история 50 Ом

Дэн Доберштейн и Джон Марчеттит, DKD Instruments

Нет ничего более фундаментального для понимания РЧ и принципов микроволнового излучения, чем понимание концепции характеристического импеданс.Это одна из тех тем, в которых много математики. на нем и очень мало описательных разговоров. Важно осознавать из начало того, что 50-омные системы, используемые в современных ВЧ/СВЧ системы — это произвольный выбор, сделанный человеком. Это могло бы быть легко было 43 Ом или другие числа, но соображения физического размера действительно диктуют, что диапазон практических коаксиальных кабелей должен быть в пределах от 20 до 200 диапазон Ом. Не менее важно помнить, что характеристика понятие импеданса настолько широко, что включает все типы коаксиальных линий, дорожки печатных плат (микрополосковые/полосковые), двухпроводные и витые пара.Примечательно, что само свободное пространство имеет импеданс. В случае в свободном пространстве и других неограниченных средах этот импеданс называется собственное сопротивление.

Итак, кто-то протянул вам 1000-футовый рулон коаксиального кабеля. и говорит вам: «Это коаксиальный кабель на 50 Ом, используйте его с умом». Ты решите проверить это утверждение «50 Ом». С вашим омметром на одном конце от центрального проводника к внешнему проводнику (без соединения на другом конце) вы удивитесь, увидев почти бесконечное сопротивление! Затем вы закорачиваете один конец и измеряете открытый конец измерителем.Это теперь показания около нуля Ом! » Как это может быть!» ты спрашиваешь себя , «Меня уверили, что это кабель на 50 Ом!» Причина, по которой ваш счетчик не сказал вам, что кабель был 50 Ом, это то, что он НЕ мог читать Мгновенное соотношение напряжение/ток (V=IR) и собственный внутренний сопротивление настолько велико, что вызывает очень большую постоянную времени в чтение. Вы не можете использовать обычный омметр для измерения характеристики импеданс.

Итак, как мы можем измерить волновое сопротивление вашего коаксиала? Вместо того, чтобы пытаться использовать омметр, мы будем использовать схема рисунка 1. Схема позволяет формировать импульс ток, переключив переключатель со звездочкой, указывающей, где можно было бы измерить ток. Что теперь происходит? На данный момент переключатель подключает аккумулятор (+) к центральному проводнику коаксиального кабеля он начинает «заряжать» этот кусок коаксиала, вроде как зарядка конденсатора.Затем разряжаем кабель по центру замыкания. проводник к экрану или минусу батареи. Это обеспечивает наш «пульс» тока. Если вы измеряете ток в центральном проводнике во время генерации импульсов она достигнет максимального значения Imax=Vbat / Zo, где Zo — характеристический импеданс или, что то же самое, называется импульсное сопротивление коаксиального кабеля. Возникает вопрос, какие свойства коаксиального кабеля ограничить пусковой ток приведенным выше выражением? Или по-другому, почему коаксиальный кабель не заряжается «мгновенно»?

Чтобы ответить на этот вопрос, давайте рассмотрим, как идеал конденсатор будет заряжаться по сравнению суговорить В теории идеал, разряженный, конденсатор увидит бесконечный ток за нулевое время, если вы подключите к идеальному источнику (идеальный источник имеет нулевое внутреннее сопротивление). Другими словами, он заряжается «мгновенно» к приложенному напряжение источника. Есть два принципиальных различия в способах кусок коаксиального кабеля заряжается, и идеальный конденсатор заряжается, когда подключен к аккумулятору. Во-первых, идеальный конденсатор имеет нулевую индуктивность. на текущем пути, что ограничило бы текущую скорость пуска.Второй идеальный конденсатор имеет нулевую физическую длину, поэтому нет распространения в пространстве текущего импульса. Коаксиальный кабель не заряжается мгновенно. Это связано с тем, что он имеет конечную последовательную индуктивность на единицу длины, емкость на единицу длины и имеет физическую длину, способствуют распределению распространения во времени и пространстве скачок тока. Короче говоря, последовательная индуктивность сопротивляется потоку ток, который хочет зарядить емкость, поэтому вызывает распространение задержка всплеска тока.Эта задержка распространения вызывает ток всплеск распространения во времени. Одновременно физическая длина создает распространение в пространстве выброса тока. Так вместо этого бесконечного «импульса» тока в нулевое время и нулевой пространстве, как и в идеальном конденсаторе, ток быстро возрастает до максимума и начинает распространяться по коаксиальному кабелю. Скорость распространения всегда меньше скорости света и зависит от материалов коаксиал сделан из.Нынешний метод всплеска отличается от того, как обычно измерить характеристическое сопротивление коаксиального кабеля, но это жизнеспособный метод и обладает интуитивной привлекательностью. Другой способ измерения характеристики импеданс коаксиального кабеля для измерения его индуктивности и емкости на единицу длины квадратный корень из L, деленный на C, будет в омах (нет фарад или генри) и будет равна волновому сопротивлению. Почему разные кабели имеют разное характеристическое сопротивление? Каждый коаксиальный кабель или другая среда передачи имеет свою уникальную емкость. и индуктивность на единицу длины.Для коаксиальных кабелей это будет определено соотношением внутренних и внешних проводников и диэлектрической проницаемостью материал между проводниками для коаксиальных кабелей. Для микрополосковых линий это в первую очередь ширина дорожки, диэлектрическая проницаемость печатной платы и толщина печатной платы.

Хорошо, теперь, возможно, кабель «50 Ом» поможет смысла, и вы теперь фанат систем «50 Ом». Ты сейчас стремитесь к «идеальным 50 Ом» во всей работе вашей 50-омной системы.Вы стали настолько неразумны, что настаиваете на том, чтобы все системы Ровно 50 Ом. Теперь вы в беде. На самом деле нет коаксиала, разъема, усилители и т.д. составляет Ровно 50 Ом. Дело в том, что это удивительно как далеко вы можете отойти от 50 Ом в своих проектах и ​​не увидеть так много снижение производительности! Нам нужен способ выразить, насколько близко мы до 50 Ом в наших проектах и ​​системах. Самый распространенный способ для этого используется КСВН или коэффициент стоячей волны по напряжению.Итак, прежде чем мы можно обсудить ваше страстное стремление к «чистым» 50-омным системам нам нужно понять концепцию VSWR. Фактические расчеты КСВ будет работать для ЛЮБОГО волнового сопротивления, 50 Ом или другого.

Теперь предположим, что вы взяли 1000-футовый рулон коаксиального кабеля с сопротивлением 50 Ом. и отрезал от него 20-метровый кусок. Теперь подключите один конец к действительно хорошему Генератор сигналов радиочастотного типа, который, как мы предполагаем, имеет идеальный «50 импеданса в омах, а другой конец коаксиального кабеля оставьте открытым.Установите частоту генератора, скажем, 50 МГц, хотя практически любая частота будет работать, 50 МГц — хорошее место для большинства коаксиальных кабелей. Итак, теперь мы пусть наш генератор на 50 Ом выдает синусоиду 50 МГц к отрезку коаксиального кабеля «50 Ом» без соединения с другим конец. Что случается?

Вот что происходит: Синусоида при ПЕРВОМ приложенный к кабелю, начинает «распространяться» в сторону открытый конец кабеля, как это сделал наш пульс.Когда синусоида доходит до конца кабеля он ПОЛНОСТЬЮ «отражается», разворачивается и направляется вправо назад к генератору! Оказавшись внутри генератора, он «рассеивается». себя как нагрев внутреннего резистора 50 Ом генератора. Сейчас мы проделайте тот же эксперимент, за исключением того, что мы закоротим другой конец коаксиального кабеля. Мы снова увидели бы полное отражение синусоиды и полного рассеяние отраженной волны в пределах внутренних 50 Ом генератор (будет перефазировка по отношению к открытому корпусу).Таким образом, если конец кабеля открыт или закорочен, мы получаем ПОЛНОЕ отражение наша прикладная синусоида. Это определяется как КСВ «бесконечность to1″ Теперь подключаем «идеальный» резистор 50 Ом к конец коаксиальной линии. В этом случае мы РАЗЪЕДИНИЛИ кабель в его волновое сопротивление. Приложенная синусоида ПОЛНОСТЬЮ рассеется в этом прекращении и будет нулевое отражение назад к генератор. Почему? Потому что мы обманули синусоиду, заставив ее думать путешествовал по «бесконечному» отрезку кабеля, поэтому нет отражения.Это условие имеет САМЫЙ НИЗКИЙ КСВ достижимый и определяется как 1 к 1 или обычно записывается как 1:1. КСВ 1:1 для коаксиального кабеля окончание кабеля означает, что оно точно соответствует характеристике импеданса, и у нас будет НУЛЕВОЕ отражение от этого завершения. Близким параметром является коэффициент отражения. Этот термин фиксирует не только величину отраженной волны, но и ее угол. Поскольку коэффициент отражения измеряет величину отражение и его угол это ВЕКТОРНОЕ измерение.измеряет только КСВ величины и поэтому является СКАЛЯРНЫМ измерением. КСВ можно рассчитать, если коэффициент отражения известно, см. ниже. В таблице также показаны обратные потери и потери от несоответствия. Обратные потери (RL) — это мера того, сколько энергии отражается от нагрузки или завершения. Чем ближе завершение или нагрузка к «идеальному» волновое сопротивление тем меньше отраженная мощность. выражается в дБ относительно падающей мощности и обычно имеет отрицательное значение, что указывает на меньшая отраженная мощность, чем поглощаемая нагрузкой.Опять же, КСВ можно рассчитать. если известен РЛ. Любой RL, который лучше -15 дБ, обычно считается вполне приемлемо. Mismatch Loss (ML) показывает, сколько энергии теряется при сигнал переходит от одного волнового сопротивления к другому. С никакая система коннекторов не идеальна ML происходит на каждом коннекторе, соединение и т.д.

Ладно, вернемся в реальный мир. Идеальных окончаний не бывает а идеальных резисторов на 50 Ом не бывает.Давайте рассмотрим, что происходит, когда мы используем терминацию реального мира на коаксиальных кабелях, один это немного не так или в некотором роде несовершенно. Предположим, вы работали над система на 50 Ом, и вам нужно было подключить открытый конец коаксиального кабеля для предотвращения нежелательных отражений. К сожалению, единственные прекращения у вас в кармане все 75 Ом типа. Предполагая, что вы можете получить разъем для соединения с тем, что произойдет, если вы нагрузите эту 50-омную линию 75-омной нагрузкой? Во-первых, 75 Ом чертовски близко к 50 Ом.Если вы используете формул в таблице ниже вы рассчитаете КСВ 1,5:1. Но потому что это не совсем 50 Ом, часть синусоиды или сигнала БУДЕТ отражаться обратно к генератору. Но не очень. КСВ от 1,5:1 вполне прилично и если посчитать отраженную мощность вы увидите, что это мало, почти на 14 дБ меньше, чем приложено! Многие коммерчески доступные дискретные ВЧ-усилители едва достигают или имеют худшее чем 1.КСВ 5: 1, и они заявлены как система «50 Ом». части! Теперь мы надеемся, что ваша преданность 50 Ом становится более терпимой.

эта статья скопирована с dkdinst.com
PARA Главная

Проверка коаксиального кабеля на наличие повреждений с помощью мультиметра

Ключевые выводы
  • Мультиметры не подходят для определения повреждений коаксиального кабеля.
  • Даже при значительном повреждении оболочки и экрана мультиметры не смогут обнаружить каких-либо заметных изменений.
  • Для обнаружения повреждения коаксиального кабеля необходимы не мультиметровые методы.
  • Часть 2 этой статьи можно найти здесь.

Электронный мультиметр — отличный инструмент; изобретенный в 1920-х годах, мультиметр использовался миллионами техников и инженеров, стремящихся измерять цепи и устранять проблемы с электричеством. Эти инструменты сейчас настолько распространены, что практически невозможно считать набор инструментов полным без них.

Хотя это отличные инструменты, которые можно использовать в миллионе ситуаций, они не являются волшебным инструментом, который может диагностировать каждую цепь.Если только одно запомнить из этой статьи: мультиметры не тот инструмент, который можно использовать для коаксиальных кабелей.

Чтобы помочь тем, кто не знаком с тестами коаксиальных кабелей, мы рассмотрим, что такое коаксиальные кабели, некоторые теории их использования и способы устранения неполадок в их работе.

Основы

Итак, что такое коаксиальный кабель? Базовая конструкция коаксиального кабеля представляет собой одножильный проводник посередине изолирующего слоя материала (обычно обозначаемого в коаксиальных кабелях как «диэлектрик»), проводящего слоя (идентифицируемого как экран), все защищены внешней оболочкой. .Описание коаксиальных кабелей очень общее, потому что они используются для самых разных приложений, от «кабельного» телевидения до передачи сигналов в самолетах, и существует множество вариаций для удовлетворения требований каждого приложения.

Для каждого элемента кабеля (проводника, диэлектрика, экрана и оболочки) существуют уникальные требования к конструкции и характеристикам. Многие из них обсуждались в предыдущей статье Lectromec.

Для чего они используются

Основным преимуществом коаксиальных кабелей является то, что экран действует как двусторонний барьер для электромагнитных помех (ЭМП).Высокочастотные сигналы, передаваемые по этим кабелям, ограничиваются электрическим и магнитным полем между проводником и экраном кабеля. Внешние помехи снова ограничиваются в основном взаимодействием с экраном, не затрагивая внутренний передаваемый сигнал.

Конечно, большое значение имеет тип экранирования. Плетеный экран обеспечивает хорошие характеристики, но обычно обеспечивает 85–95% оптического покрытия (промежутки между плетеными жилами). Спиральный экран обеспечивает более высокое оптическое покрытие, но также снижает гибкость кабеля.

Проверка коаксиальных кабелей

Как оценить характеристики коаксиальных кабелей? Для этого мы будем использовать примеры кабелей, показанные на прилагаемой фотографии. Два кабеля длиной 12 дюймов с разъемами TNC на обоих концах. В середине первого кабеля (далее именуемого «Поврежденный кабель») внесена неисправность. Эта неисправность была создана бритвенным лезвием, снявшим 270 o оболочки и экрана в центре кабеля.Длина повреждения 5 мм.

С 5-миллиметровым экраном и оболочкой, поврежденными в центре коаксиального кабеля, должно быть довольно легко обнаружить повреждение? Тестирование говорит об обратном.

Что можно ожидать от результата в приложении? Подключенная система испытывает потерю/повреждение пакетов данных, но функциональные проверки на месте не выявили проблем. Производительность системы может ухудшиться, когда активируются другие системы самолета.

Итак, давайте проверим эти кабели и посмотрим, можно ли обнаружить это повреждение с помощью мультиметра.

Проверка сопротивления

Сопротивление кабеля и экрана измеряется стандартным мультиметром. Вычитая сопротивление измерительных проводов, мы получаем, что сопротивление проводника составляет около 0,0 Ом (ограниченная точность мультиметра) и 0,0 Ом для экрана. Тестирование «Нового кабеля» показало те же результаты.

Почему это так? Несмотря на то, что экранирующий проводник поврежден, его более чем достаточно, чтобы выдержать испытательное напряжение мультиметра.Если на экран не подается сильный ток, заметного изменения измеренного сопротивления не произойдет.

Проверка емкости

Следующей диагностической проверкой двух кабелей является проверка емкости. При этом кабель отсоединяется с обоих концов, а щупы мультиметра присоединяются к оболочке и проводнику. Измерение этих двух кабелей показало следующее:

  • Поврежден Емкость кабеля: 33,6 пФ
  • Новая емкость кабеля: 34.4 пФ

Нет заметной разницы между ними и находится в пределах ожидаемых различий в характеристиках кабелей. Повторное выполнение этого измерения не означает, что поврежденный кабель поврежден.

Проверка индуктивности

Затем выполняется проверка индуктивности двух кабелей. Здесь кабель разъединен с обоих концов, на дальнем конце экран соединен коротким проводом с центральным проводником, а на ближнем конце кабель подключен к датчику индуктивности.Измерение этих двух кабелей показало следующее:

  • Поврежденная индуктивность кабеля: 94 нГн
  • Новый Индуктивность кабеля: 95 нГн

Опять же, никакой заметной разницы. Используя информацию для испытаний как емкости, так и индуктивности, мы можем рассчитать волновое сопротивление обоих кабелей.

  • Поврежденный волновой импеданс кабеля: 53 Ом
  • Новое волновое сопротивление кабеля: 53 Ом

При трех разностных измерениях поврежденного кабеля (сопротивление, емкость и индуктивность) признаков, указывающих на повреждение кабеля, нет.С положительной стороны, это показывает надежность аэрокосмических кабелей. Иметь так много физических повреждений кабеля и при этом сохранять большую часть его электрических свойств, безусловно, впечатляет.

Однако техник на этой должности, оснащенный только мультиметром и измерителем LCR, посмотрит на данные и скажет, что с кабелем все в порядке, и проблема, вероятно, связана с LRU. Это было бы началом очень дорогостоящего цикла без обнаружения неисправностей (NFF), который в конечном итоге привел бы к физическому осмотру кабеля.

Что делать?

К счастью, существуют другие инструменты и методы для определения повреждения сигнального кабеля. В следующей статье Lectromec мы обсудим эти технологии и то, что они обнаруживают при применении к тестовым кабелям.

Майкл Траскос

Президент, Lectromec
[email protected]

Майкл уже более десяти лет занимается оценкой деградации и отказов проводов.Он работал над десятками проектов по оценке надежности и квалификации компонентов EWIS. Майкл является представителем FAA DER с делегированными полномочиями по сертификации EWIS и председателем комитета по установке SAE AE-8A EWIS.

7.3: Затухание в коаксиальном кабеле

В этом разделе мы рассмотрим вопрос затухания в коаксиальной линии передачи. Напомним, что затухание можно интерпретировать в контексте модели линии передачи эквивалентной схемы с «сосредоточенными элементами» как вклад сопротивления на единицу длины \(R’\) и проводимости на единицу длины \(G’\).В этой модели \(R’\) представляет собой физическое сопротивление во внутреннем и внешнем проводниках, тогда как \(G’\) представляет потери из-за тока, протекающего непосредственно между проводниками через материал прокладки.

Параметры, используемые для описания соответствующих характеристик коаксиального кабеля, показаны на рисунке \(\PageIndex{1}\). На этом рисунке \(a\) и \(b\) — радиусы внутреннего и внешнего проводников соответственно. \(\sigma_{ic}\) и \(\sigma_{oc}\) — проводимости (основные единицы СИ См/м) внутреннего и внешнего проводников соответственно.Проводники предполагаются немагнитными; т. е. с проницаемостью \(\mu\), равной величине свободного пространства \(\mu_0\). Предполагается, что материал прокладки представляет собой диэлектрик с потерями, имеющий относительную диэлектрическую проницаемость \(\epsilon_r\) и проводимость \(\sigma_s\).

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Параметры, определяющие конструкцию коаксиального кабеля.

Сопротивление на единицу длины

Сопротивление на единицу длины равно сумме сопротивлений внутреннего и внешнего проводников на единицу длины. Сопротивление на единицу длины внутреннего проводника определяется \(\sigma_{ic}\) и эффективной площадью поперечного сечения, через которую протекает ток.Последнее равно длине окружности \(2\pi a\), умноженной на глубину скин-слоя \(\delta_{ic}\) внутреннего проводника, поэтому:

\[R_{ic}’ \приблизительно \frac{1}{\left(2\pi a \cdot \delta_{ic} \right) \sigma_{ic} } ~~~ \mbox{for} ~ \delta_ {ic} \ll a\]

Это выражение справедливо только для \(\delta_{ic} \ll a\), поскольку в противном случае площадь поперечного сечения, через которую протекает ток, не моделируется как тонкое кольцо вблизи поверхности проводника. Аналогично находим сопротивление на единицу длины внешнего проводника равное

.

\[R_{oc}’ \приблизительно \frac{1}{\left(2\pi b \cdot \delta_{oc} \right) \sigma_{oc} } ~~~ \mbox{for} ~ \delta_ {ок} \ll т\]

, где \(\delta_{oc}\) — глубина поверхностного слоя внешнего проводника, а \(t\) — толщина внешнего проводника.Следовательно, общее сопротивление на единицу длины равно

.

\begin{align} R’ &= R_{ic}’ + R_{oc}’ \nonumber \\ & \ приблизительно \frac{1}{\left(2\pi a \cdot \delta_{ic} \right ) \sigma_{ic} } + \frac{1}{\left(2\pi b \cdot \delta_{oc} \right) \sigma_{oc} } \label{m0189_eRp1} \end{align}

Напомним, что глубина скин-слоя зависит от проводимости. Конкретно:

\begin{align} \delta_{ic} &= \sqrt{2/\omega\mu\sigma_{ic}} \\ \delta_{oc} &= \sqrt{2/\omega\mu\sigma_{oc }} \end{выравнивание}

Раскрывая уравнение \ref{m0189_eRp1}, чтобы явно показать зависимость от проводимости, мы находим:

\[R’ \приблизительно \frac{1}{2\pi \sqrt{2/\omega\mu_0} } \left[ \frac{1}{a \sqrt{\sigma_{ic}} } + \frac {1}{b \sqrt{\sigma_{oc}} } \right]\]

Здесь удобно выделить два частных случая конструкции кабеля.В первом случае, «Случай I», мы предполагаем \(\sigma_{oc} \gg \sigma_{ic}\). Поскольку \(b>a\), в этом случае мы имеем

\begin{align} R’ &\ приблизительно \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {2/\ omega \ mu_0} } \ left [ \ frac {1} {a \ sqrt {\ sigma_ {ic}} } \right] \nonumber \\ &= \frac{1}{2\pi \delta_{ic} \sigma_{ic} }~\frac{1}{a} ~~~\mbox{(Case~I) }\конец{выравнивание}

Во втором случае, «Случай II», мы предполагаем \(\sigma_{oc} = \sigma_{ic}\). В данном случае у нас есть

\begin{align} R’ &\ приблизительно \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {2/\ omega \ mu_0} } \ left [ \ frac {1} {a \ sqrt {\ sigma_ {ic}} } + \frac{1}{b \sqrt{\sigma_{ic}} } \right] \nonumber \\ &= \frac{1}{2\pi \delta_{ic} \sigma_{ic} }~\ влево[ \frac{1}{a} + \frac{1}{b} \right] ~~~\mbox{(Case~II)}\end{align}

Более простой способ справиться с этими двумя случаями — представить их оба с помощью одного выражения

\[R’ \приблизительно \frac{1}{2\pi \delta_{ic} \sigma_{ic} }~\left[ \frac{1}{a} + \frac{C}{b} \right ]\]

, где \(C=0\) в случае I и \(C=1\) в случае II.{-\alpha z}\), где \(z\) — расстояние, проходимое по кабелю.Можно найти выражение для \(\alpha\) с точки зрения параметров материала и геометрии, используя:

\[\gamma \triangleq \sqrt{ \left( R’ + j\omega L’ \right) \left( G’ + j\omega C’ \right)} = \alpha + j\beta \label{m0189_fGamma }\]

, где \(L’\) и \(C’\) — индуктивность на единицу длины и емкость на единицу длины соответственно. Они даны

\[L’ = \frac{\mu}{2\pi}\ln{\left(b/a\right)}\]

и

\[C’ = \frac{2\pi\epsilon_0\epsilon_r}{\ln{\left(b/a\right)}}\]

В принципе, мы можем решить уравнение \ref{m0189_fGamma} для \(\alpha\).{-\альфа г}\]

, что означает

\[\альфа = \альфа_R + \альфа_G\]

Далее мы постулируем

\[\alpha_R \приблизительно K_R \frac{R’}{Z_0} \label{m0189_eAlphaR}\]

где \(Z_0\) волновое сопротивление

\[Z_0 \приблизительно \frac{\eta_0}{2\pi}\frac{1}{\sqrt{\epsilon_r}}\ln{\frac{b}{a}}~~~\mbox{(низкий потеря)} \label{m0189_eZ0cc}\]

и где \(K_R\) — безразмерная константа, подлежащая определению. Обоснование уравнения \ref{m0189_eAlphaR} заключается в следующем: во-первых, \(\alpha_R\) должно монотонно возрастать с увеличением \(R’\).Во-вторых, \(R’\) необходимо разделить на импеданс, чтобы получить правильные единицы измерения 1/м. Используя аналогичные рассуждения, мы постулируем

\[\alpha_G \приблизительно K_G G’ Z_0 \label{m0189_eAlphaG}\]

, где \(K_G\) — безразмерная константа, подлежащая определению. Следующий пример демонстрирует правильность уравнений \ref{m0189_eAlphaR} и \ref{m0189_eAlphaG} и показывает значения \(K_R\) и \(K_G\).

Пример \(\PageIndex{1}\): константа затухания для RG-59

RG-59 — популярная форма коаксиального кабеля с параметрами \(a \cong 0.{-5}\) См/м и \(\epsilon_r \cong 2.25\). Проводимость \(\sigma_{oc}\) внешнего проводника трудно определить количественно, поскольку он состоит из оплетки из тонких металлических нитей. Однако \(\sigma_{oc}\gg\sigma_{ic}\), поэтому мы можем предположить случай I; т. е. \(\sigma_{oc}\gg\sigma_{ic}\), а затем \(C=0\).

Рисунок \(\PageIndex{2}\): Сравнение \(\alpha=\operatorname{Re}\{\gamma\}\) с \(\alpha_R\), \(\alpha_G\) и \(\ alpha_R + \alpha_G\) для \(K_R = K_G = 1/2\). Результат для \(\alpha\) был умножен на 1.01; в противном случае кривые были бы слишком близки, чтобы их можно было различить.

На рисунке \(\PageIndex{2}\) показаны компоненты \(\alpha_G\) и \(\alpha_R\), вычисленные для конкретного варианта \(K_R=K_G=1/2\). На рисунке также показано \(\alpha_G + \alpha_R\), а также \(\alpha\), вычисленное с использованием уравнения \ref{m0189_fGamma}. Мы находим, что соответствие между этими значениями очень хорошее, что является убедительным доказательством того, что анзац верен и \(K_R=K_G=1/2\).

Обратите внимание, что ничто не указывает на то, что результаты, продемонстрированные в примере, в целом неверны.Таким образом, приходим к следующему выводу:

Постоянная затухания \(\alpha\приблизительно\alpha_G+\alpha_R\), где \(\alpha_G\triangleq R’/2Z_0\) и \(\alpha_R\triangleq G’Z_0/2\).

Минимизация затухания

Давайте теперь рассмотрим, есть ли варианты конструкции, которые минимизируют затухание в коаксиальном кабеле. Поскольку \(\alpha=\alpha_R+\alpha_G\), мы можем рассматривать \(\alpha_R\) и \(\alpha_G\) независимо друг от друга. Давайте сначала рассмотрим \(\alpha_G\):

\begin{align} \alpha_G &\triangleq \frac{1}{2}G’Z_0 \nonumber \\ &\ приблизительно \frac{1}{2} \cdot \frac{2\pi\sigma_s}{\ ln\left(b/a\right)} \cdot \frac{1}{2\pi} \frac{\eta_0}{\sqrt{\epsilon_r}} \ln\left(b/a\right) \nonumber \\ &= \frac{\eta_0}{2}~\frac{\sigma_s}{\sqrt{\epsilon_r}}\end{align}

Из этого результата видно, что \(\alpha_G\) минимизируется путем минимизации \(\sigma_s/\sqrt{\epsilon_r}\).Интересно, что физические размеры \(a\) и \(b\) не оказывают заметного влияния на \(\alpha_G\). Теперь считаем \(\alpha_R\):

\begin{align} \alpha_R &\triangleq \frac{R’}{2Z_0} \nonumber \\ & = \frac{1}{2} \frac{ \left(1/ 2\pi \delta_{ic} \sigma_{ic}\right)\left[ 1/a + C/b \right] }{\left(1/2\pi\right) \left(\eta_0/\sqrt{\epsilon_r} \right) \ ln\left(b/a\right) } \nonumber \\ &= \frac{\sqrt{\epsilon_r}}{2\eta_0\delta_{ic} \sigma_{ic}} \cdot \frac{ \left[ 1/a + C/b \right] }{ \ln\left(b/a\right) }\end{align}

Делая теперь замену \(\delta_{ic} = \sqrt{2/\omega\mu_0\sigma_{ic}}\) для того, чтобы сделать зависимости от определяющих параметров явными, находим:

\[\alpha_R = \frac{1}{2\sqrt{2}\cdot\eta_0} \sqrt{\frac{\omega\mu_0 \epsilon_r}{\sigma_{ic}}} \cdot \frac{ \ влево [ 1/a + C/b \вправо] }{ \ln\влево(б/а\вправо) }\]

Здесь мы видим, что \(\alpha_R\) минимизируется путем минимизации \(\epsilon_r/\sigma_{ic}\).Неудивительно, что мы должны максимизировать \(\sigma_{ic}\). Однако немного удивительно, что мы должны минимизировать \(\epsilon_r\). Кроме того, это отличается от \(\alpha_G\), который минимизируется путем максимизации \(\epsilon_r\). Ясно, что здесь нужно идти на компромисс. Чтобы определить параметры этого компромисса, сначала обратите внимание, что результат зависит от частоты: поскольку \(\alpha_R\) доминирует над \(\alpha_G\) при достаточно высокой частоте (как показано на рисунке \(\PageIndex{2}\) ), кажется, мы должны минимизировать \(\epsilon_r\), если предполагаемая частота работы достаточно высока; в противном случае оптимальное значение зависит от частоты.Однако \(\sigma_s\) может варьироваться в зависимости от \(\epsilon_r\), поэтому общий вывод об оптимальных значениях \(\sigma_s\) и \(\epsilon_r\) неуместен.

Однако мы также видим, что \(\alpha_R\) — в отличие от \(\alpha_G\) — зависит от \(a\) и \(b\). Отсюда следует существование вообще оптимальной геометрии. Чтобы найти эту геометрию, мы минимизируем \(\alpha_R\), взяв производную по \(a\), установив результат равным нулю и найдя \(a\) и/или \(b\). Вот:

\[\frac{\partial}{\partial a}\alpha_R = \frac{1}{2\sqrt{2}\cdot\eta_0} \sqrt{\frac{\omega\mu_0 \epsilon_r}{\sigma_ {ic}}} \cdot \frac{\partial}{\partial a} \frac{\left[ 1/a + C/b \right]} }{ \ln\left(b/a\right)} \label {m0189_eDAlpha}\]

Эта производная разработана в приложении в конце этого раздела.2\влево(б/а\вправо) } \вправо] \label{m0189_eDAlpha2}\]

Чтобы \(\partial\alpha_R/\partial a=0\), множитель в квадратных скобках выше должен быть равен нулю. После нескольких шагов алгебры находим:

\[\ln\left(b/a\right) = 1+\frac{C}{b/a}\]

В случае I (\(\sigma_{oc} \gg \sigma_{ic}\)), \(C=0\), поэтому:

\[b/a=e\cong 2.72 ~~~ \mbox{(Случай I)}\]

В случае II (\(\sigma_{oc} = \sigma_{ic}\)), \(C=1\). Полученное уравнение можно решить, построив график функции или проведя несколько итераций методом проб и ошибок; в любом случае можно быстро найти

\[б/а\конг 3.59 ~~~ \mbox{(Случай II)}\]

Подводя итог, мы обнаружили, что \(\альфа\) минимизируется за счет выбора отношения внешнего и внутреннего радиусов где-то между \(2,72\) и \(3,59\), при этом точное значение зависит от относительной проводимости внутренних и внешних проводников.

Подставляя эти значения \(b/a\) в уравнение \ref{m0189_eZ0cc}, мы получаем:

\[Z_0 \приблизительно \frac{59,9~\Omega}{\sqrt{\epsilon_r}} ~~\mbox{to}~~ \frac{76,6~\Omega}{\sqrt{\epsilon_r}} \label{ m0189_eZ0Opt}\]

как диапазон импедансов коаксиального кабеля, соответствующий физическим конструкциям, которые минимизируют затухание.

Уравнение \ref{m0189_eZ0Opt} дает диапазон характеристических импедансов, которые минимизируют затухание для коаксиальных линий передачи. Точное значение в этом диапазоне зависит от отношения проводимости внешнего проводника к проводимости внутреннего проводника.

Так как \(\epsilon_r\ge 1\), импеданс, минимизирующий затухание, меньше для кабелей с диэлектриком, чем для кабелей с воздухом. Например, давайте еще раз рассмотрим RG-59 из примера \(\PageIndex{1}\).2\ln(b/a)\) в уравнении \ref{m0189_eDAlpha}, чтобы получить уравнение \ref{m0189_eDAlpha2}.

Онлайн-конвертеры единиц измерения

Преобразователь случайных чисел

Онлайн-конвертеры единиц измерения

Преобразователь длины и расстоянияПреобразователь массыСухой объем и общие измерения для приготовления пищиКонвертер площадиКонвертер объема и общего измерения для приготовления пищиПреобразователь температурыПреобразователь давления, напряжения, модуля ЮнгаПреобразователь энергии и работыПреобразователь мощностиПреобразователь силыПреобразователь силыПреобразователь времениПреобразователь линейной скорости и скоростиПреобразователь углаПреобразователь эффективности использования топлива, расхода топлива и экономии топливаПреобразователь чиселПреобразователь единиц информации и Хранение данныхКурсы обмена валютРазмеры женской одежды и обувиРазмеры мужской одежды и обувиПреобразователь угловой скорости и частоты вращенияПреобразователь ускоренияКонвертер углового ускоренияКонвертер плотностиКонвертер удельного объемаКонвертер момента инерцииПреобразователь момента силыПреобразователь крутящего моментаКонвертер удельной энергии, теплоты сгорания (в расчете на массу)Конвертер удельной энергии, теплоты сгорания (в объеме)Температура Конвертер интерваловКонвертер коэффициента теплового расширенияКонвертер теплового сопротивленияКонвертер теплопроводности терКонвертер удельной теплоемкостиПлотность теплоты, плотность пожарной нагрузкиКонвертер плотности потока теплаКонвертер коэффициента теплопередачиКонвертер объемного расходаКонвертер массового расходаКонвертер молярного расходаКонвертер массового потокаКонвертер молярной концентрацииКонвертер массовой концентрации в раствореКонвертер динамической (абсолютной) вязкостиКонвертер кинематической вязкостиКонвертер поверхностного натяженияКонвертер паропроницаемости, паропроницаемости Преобразователь скорости передачи Преобразователь уровня звукаПреобразователь чувствительности микрофонаПреобразователь уровня звукового давления (SPL)Преобразователь уровня звукового давления с выбираемым эталонным давлениемПреобразователь яркостиПреобразователь силы светаПреобразователь освещенностиПреобразователь разрешения цифрового изображенияПреобразователь частоты и длины волныПреобразователь оптической силы (диоптрий) в фокусное расстояниеПреобразователь оптической силы (диоптрий) в увеличение (X)Преобразователь электрического зарядаЛинейный Конвертер плотности зарядаКонвертер поверхностной плотности зарядаКонвертер объемной плотности заряда Преобразователь электрического токаПреобразователь линейной плотности токаПреобразователь поверхностной плотности токаПреобразователь напряженности электрического поляПреобразователь электрического потенциала и напряженияПреобразователь электрического сопротивленияПреобразователь удельного электрического сопротивленияПреобразователь электрической проводимостиПреобразователь электрической проводимостиПреобразователь емкостиПреобразователь индуктивностиПреобразователь реактивной мощности переменного токаПреобразователь американской проводной манометраПреобразование уровней в дБм, дБВ, Ватт и других единицахПреобразователь магнитодвижущей силыПреобразователь напряженности магнитного поля Конвертер плотности потокаМощность поглощенной дозы излучения, Мощность общей дозы ионизирующего излучения КонвертерРадиоактивность.Преобразователь радиоактивного распадаПреобразователь радиационного воздействияИзлучение. Конвертер поглощенной дозыКонвертер метрических приставокКонвертер передачи данныхКонвертер типографских и цифровых изображенийКонвертер единиц измерения объема пиломатериаловКалькулятор молярной массыПериодическая таблица

Этот онлайн-конвертер единиц измерения позволяет быстро и точно преобразовать множество единиц измерения из одной системы в другую. Страница Unit Conversion предлагает решение для инженеров, переводчиков и всех, чья деятельность требует работы с величинами, измеряемыми в разных единицах.

Вы можете использовать этот онлайн-конвертер для преобразования нескольких сотен единиц (включая метрические, британские и американские) в 76 категориях или нескольких тысяч пар, включая ускорение, площадь, электрическую энергию, силу, длину, свет, массу, массовый расход, плотность, удельный объем, мощность, давление, напряжение, температура, время, крутящий момент, скорость, вязкость, объем и производительность, объемный расход и многое другое.
Примечание: Целые числа (числа без десятичной точки или представления степени) считаются точными до 15 цифр, а максимальное количество цифр после запятой равно 10.», то есть « умножить на десять в степени ». Электронная нотация обычно используется в калькуляторах, а также учеными, математиками и инженерами.

Общие конвертеры единиц

Конвертер длины и расстояния : метр, километр, сантиметр, миллиметр, нанометр, ярд, фут, дюйм, парсек, световой год, астрономическая единица, лунное расстояние (от Земли до Луны), лига , миля, морская миля (международная), сажень, кабельтовая (международная), точка, пиксель, калибр, планковская длина…

Конвертер массы : грамм, килограмм, миллиграмм, тонна (метрическая), фунт, унция, стоун (США), стоун (Великобритания), карат, гран, талант (библейский греческий), драхма (библейский греческий), денарий (библейский римлянин), шекель (библейский иврит), масса Планка, масса протона, единица атомной массы, масса электрона (покой), масса Земли, масса Солнца…

Сухой объем и общие измерения для приготовления пищи сухой (США), пинта сухой (США), кварт сухой (США), пек (США), пек (Великобритания), бушель (США), бушель (Великобритания), кор (библейский), гомер (библейский), ефа (библейский ), сеах (библейский), омер (библейский), каб (библейский), бревно (библейский), метр кубический.

Конвертер площади : миллиметр², сантиметр², метр², километр², гектар, акр, дюйм², фут², ярд², миля², сарай, круговой дюйм, поселок, руд, стержень², окунь², усадьба, полюс², сабин, арпен, куэрда, верста квадратная, аршин квадратный, фут квадратный, сажень квадратная, площадь планка…

Конвертер единиц объема и кулинарных единиц измерения : метр³, километр³, миллиметр³, литр, гектолитр, миллилитр, капля, баррель (масло), баррель (США) ), баррель (Великобритания), галлон (США), галлон (Великобритания), кварта (США), кварта (Великобритания), пинта (США), пинта (Великобритания), баррель (нефть), баррель (США), баррель (Великобритания ), галлон (США), галлон (Великобритания), кварта (США), кварта (Великобритания), пинта (США), пинта (Великобритания), ярд³, фут³, дюйм³, регистровая тонна, 100 кубических футов…

Преобразователь температуры : кельвин, градус Цельсия, градус Фаренгейта, градус Ранкина, градус Реомюра, планковская температура.

Давление, напряжение, модуль Юнга Конвертер единиц : паскаль, килопаскаль, мегапаскаль, миллипаскаль, микропаскаль, нанопаскаль, техническая атмосфера, стандартная атмосфера, тысяч фунтов/кв. дюйм, ньютон/метр², бар, миллибар, килограмм-сила/метр², грамм- сила/сантиметр², тонна-сила (короткая)/фут², фунт-сила/фут², миллиметр ртутного столба (0°C), дюйм ртутного столба (32°F), сантиметр водяного столба (4°C), фут водяного столба (4°C) м морской воды…

Преобразователь энергии и работы : джоуль, килоджоуль, мегаджоуль, миллиджоуль, мегаэлектрон-вольт, электрон-вольт, эрг, киловатт-час, мегаватт-час, ньютон-метр, килокалория (ИТ), калория (пищевая), БТЕ (ИТ), мега БТЕ (ИТ), тонна-час (охлаждение), тонна нефтяного эквивалента, баррель нефтяного эквивалента (США), мегатонна, тонна (ВВ), килограмм тротила, дина-сантиметр, грамм-сила-сантиметр, килограмм-сила-метр, килопонд-метр, фут-фунт, дюйм-фунт, планковская энергия…

Преобразователь мощности : ватт, киловатт, мегаватт, милливатт, лошадиная сила, вольт-ампер, ньютон-метр/секунда, джоуль/секунда, мегаджоуль/секунду, килоджоуль/секунду, миллиджоуль/секунду, джоуль/час, килоджоуль/час, эрг/секунду, Btu (IT)/час, килокалорию (IT)/час…

Конвертер силы : ньютон, килоньютон, миллиньютон, дина, джоуль/метр, джоуль/сантиметр, грамм-сила, килограмм-сила, тонна-сила (короткая), кип-сила, килофунт-сила, фунт-сила сила, унция-сила, фунтал, фунт-фут/секунда², пруд, стен, грав-сила, миллиграв-сила…

Конвертер времени : секунда, миллисекунда, наносекунда, пикосекунда, минута, час, день, неделя, месяц, год, десятилетие, столетие, тысячелетие, планковское время, год (юлианский), год (високосный), год (тропический), год (сидерический), год (григорианский), две недели, встряска…

Конвертер линейной скорости и скорости : метр/секунда, километр/час, километр/секунда, миля/час, фут/секунда, миля/секунда, узел, узел (Великобритания), скорость света в вакууме, космическая скорость — первая, Космическая скорость — вторая, Космическая скорость — третья, Скорость Земли, Скорость звука в чистой воде, Мах (стандарт СИ), Мах (20°C и 1 атм), ярд/сек…

Угол Конвертер : градус, радиан, град, гон, минута, секунда, знак, мил, оборот, окружность, оборот, квадрант, прямой угол, секстант.

Конвертер топливной экономичности, расхода топлива и экономии топлива : метр/литр, километр/литр, миля (США)/литр, морская миля/литр, морская миля/галлон (США), километр/галлон (США), литр/100 км, галлон (США)/миля, галлон (США)/100 миль, галлон (Великобритания)/миля, галлон (Великобритания)/100 миль…

Преобразователь чисел : двоичный, восьмеричный, десятичный, шестнадцатеричный, по основанию 3, по основанию 4, по основанию 5, по основанию 6, по основанию 7, по основанию 9, по основанию 10, по основанию 11, по основанию 12, по основанию 13, по основанию 14, по основанию 15, по основанию 20, по основанию 21, по основанию 22, по основанию 23, по основанию 24, по основанию 28, по основанию 30, по основанию 32, по основанию 34, по основанию 36…

Преобразователь единиц хранения информации и данных : бит, байт, слово, четверное слово, MAPM-слово, блок, килобит (10³ бит), кибибит, кибибайт, килобайт (10³ байт), мегабайт (10⁶ байт), гигабайт (10⁹ байт), терабайт (10¹² байт), петабайт (10¹⁵ байт), эксабайт (10¹⁸ байт), дискета (3,5 ED), дискета (5,25 HD), Zip 250, Jaz 2GB, CD (74 минут), DVD (2 слоя 1 сторона), диск Blu-ray (однослойный), диск Blu-ray (двухслойный)…

Курсы обмена валют : евро, доллар США, канадский доллар, британский фунт, японская иена, швейцарский франк, аргентинское песо, австралийский доллар, бразильский реал, болгарский лев, чилийское песо, китайский юань, чешская крона, датская крона, египетский фунт, венгерский форинт, исландская крона, индийская рупия, индонезийская рупия, новый израильский шекель , Иорданский динар, Малайзийский ринггит, Мексиканское песо, Новозеландский доллар, Норвежская крона, Пакистанская рупия, Филиппинское песо, Румынский лей, Российский рубль, Саудовский риал, Сингапурский доллар, Южноафриканский рэнд, южнокорейская вона, шведская крона, новый тайваньский доллар, тайский бат, турецкая лира, украинская гривна…

Размеры женской одежды и обуви : Женские платья, костюмы и свитера, женская обувь, женские купальные костюмы, размер букв, бюст, дюймы, естественная талия, дюймы, заниженная талия, дюймы, бедра, дюймы, бюст, сантиметры, Естественная талия, сантиметры, Заниженная талия, сантиметры, Бедра, сантиметры, Длина стопы, мм, Торс, дюймы, США, Канада, Великобритания, Европа, Континенталь, Россия, Япония, Франция, Австралия, Мексика, Китай, Корея..

Размеры мужской одежды и обуви : Мужские рубашки, мужские брюки, размер мужской обуви, буквенный размер, шея, дюймы, грудь, дюймы, рукав, дюймы, талия, дюймы, шея, сантиметры, грудь, сантиметры, Рукав, сантиметры, Талия, сантиметры, Длина стопы, мм, Длина стопы, дюймы, США, Канада, Великобритания, Австралия, Европа, Континентальная, Япония, Россия, Франция, Италия, Испания, Китай, Корея, Мексика…

Механика

Преобразователь угловой скорости и частоты вращения : радиан/секунда, радиан/день, радиан/час, радиан/минута, градус/день, градус/час, градус/минута, градус/секунда, оборот/ день, оборот/час, оборот/минута, оборот/секунда, оборот/год, оборот/месяц, оборот/неделя, градус/год, градус/месяц, градус/неделя, радиан/год, радиан/месяц, радиан/неделя.

Преобразователь ускорения : дециметр/секунда², метр/секунда², километр/секунда², гектометр/секунда², декаметр/секунда², сантиметр/секунда², миллиметр/секунда², микрометр/секунда², нанометр/секунда², пикометр/секунда², фемтометр/секунда² , аттометр/секунда², гал, галилео, миля/секунда², ярд/секунда², фут/секунда², дюйм/секунда², ускорение свободного падения, ускорение свободного падения на Солнце, ускорение свободного падения на Меркурии, ускорение свободного падения на Венере , ускорение свободного падения на Луне, ускорение свободного падения на Марсе, ускорение свободного падения на Юпитере, ускорение свободного падения на Сатурне…

Конвертер плотности : килограмм/метр³, килограмм/сантиметр³, грамм/метр³, грамм/сантиметр³, грамм/миллиметр³, миллиграмм/метр³, миллиграмм/сантиметр³, миллиграмм/миллиметр³, экзаграмм/литр, петаграмм/литр, тераграмм /литр, гигаграмм/литр, мегаграмм/литр, килограмм/литр, гектограмм/литр, декаграмм/литр, грамм/литр, дециграмм/литр, сантиграмм/литр, миллиграмм/литр, микрограмм/литр, нанограмм/литр, пикограмм/литр , фемтограмм/литр, аттограмм/литр, фунт/дюйм³…

Конвертер удельного объема : метр³/килограмм, сантиметр³/грамм, литр/килограмм, литр/грамм, фут³/килограмм, фут³/фунт, галлон (США) )/фунт, галлон (Великобритания)/фунт.

Конвертер момента инерции : килограмм-метр², килограмм-сантиметр², килограмм-миллиметров², грамм-сантиметр², грамм-миллиметр², килограмм-сила-метр-секунда², унция-дюйм², унция-сила-дюйм-секунда², фунт-фут², фунт-сила-фут-секунда², фунт-дюйм² , фунт-сила, дюйм, секунда², слизняк, фут².

Преобразователь момента силы : ньютон-метр, килоньютон-метр, миллиньютон-метр, микроньютон-метр, тонно-сила (короткий) метр, тонно-сила (длинный) метр, тонно-сила (метрический) метр, килограмм-силомер, грамм-сила-сантиметр, фунт-сила-фут, фунт-фут, фунт-дюйм.

Преобразователь крутящего момента : ньютон-метр, ньютон-сантиметр, ньютон-миллиметр, килоньютон-метр, дина-метр, дина-сантиметр, дина-миллиметр, килограмм-сила-метр, килограмм-сила-сантиметр, килограмм-сила-миллиметр, грамм-сила-метр, грамм- сила-сантиметр, грамм-сила-миллиметр, унция-сила-фут, унция-сила-дюйм, фунт-сила-фут, фунт-сила-дюйм.

Термодинамика. Теплота

Удельная энергия, теплота сгорания (на массу) Перевод единиц Btu (th)/фунт, килограмм/джоуль, килограмм/килоджоуль, грамм/калория (IT), грамм/калория (th), фунт/Btu (IT), фунт/Btu (th), фунт/лошадиная сила-час, грамм /лошадиная сила (метрическая)-час, грамм/киловатт-час.

Удельная энергия, теплота сгорания (по объему) Перевод единиц : джоуль/метр³, джоуль/литр, мегаджоуль/метр³, килоджоуль/метр³, килокалория (ИТ)/метр³, калория (ИТ)/сантиметр³, терм/фут³, терм/галлон (Великобритания), БТЕ (IT)/фут³, БТЕ (терм.)/фут³, CHU/фут³, метр³/джоуль, литр/джоуль, галлон (США)/лошадиная сила-час, галлон (США)/лошадиная сила (метрическая )-час.

Преобразователь теплопроводности : ватт/метр/K, ватт/сантиметр/°C, киловатт/метр/K, калория (IT)/секунда/сантиметр/°C, калория (th)/секунда/сантиметр/°C , килокалория (ИТ)/час/метр/°C, килокалория (терм.)/час/метр/°C, БТЕ (IT) дюйм/секунда/фут²/°F, БТЕ (терм.) дюйм/секунда/фут²/°F , Btu (IT) фут/час/фут²/°F, Btu (th) фут/час/фут²/°F, Btu (IT) дюйм/час/фут²/°F, Btu (th) дюйм/час/фут²/ °F.

Конвертер удельной теплоемкости : джоуль/килограмм/K, джоуль/килограмм/°C, джоуль/грамм/°C, килоджоуль/килограмм/K, килоджоуль/килограмм/°C, калория (ИТ)/грамм/° C, калория (IT)/грамм/°F, калория (TH)/грамм/°C, килокалория (IT)/килограмм/°C, килокалория (TH)/килограмм/°C, килокалория (IT)/килограмм/K , килокалория (терм.)/килограмм/K, килограмм-сила-метр/килограмм/K, фунт-сила-фут/фунт/°R, Btu (IT)/фунт/°F, Btu (th)/фунт/°F, Btu (IT)/фунт/°R, Btu (th)/фунт/°R, Btu (IT)/фунт/°C, CHU/фунт/°C.

Преобразователь плотности теплового потока : ватт/метр², киловатт/метр², ватт/сантиметр², ватт/дюйм², джоуль/секунда/метр², килокалория (IT)/час/метр², килокалория (IT)/час/фут², калория (IT)/минута/сантиметр², калория (IT)/час/сантиметр², калория (й)/минута/сантиметр², калория (теплая)/час/сантиметр², дина/час/сантиметр, эрг/час/миллиметр², фут-фунт/ минута/фут², лошадиная сила/фут², лошадиная сила (метрическая)/фут², БТЕ (ИТ)/секунда/фут², БТЕ (ИТ)/минута/фут², БТЕ (ИТ)/час/фут², БТЕ (й)/секунда/дюйм² , БТЕ (й)/секунда/фут², БТЕ (й)/минута/фут², БТЕ (й)/час/фут², CHU/час/фут².

Преобразователь коэффициента теплопередачи : ватт/метр²/K, ватт/метр²/°C, джоуль/секунда/метр²/K, килокалория (IT)/час/метр²/°C, килокалория (IT)/час/фут² /°C, БТЕ (ИТ)/секунда/фут²/°F, БТЕ (терм.)/секунда/фут²/°F, БТЕ (ИТ)/час/фут²/°F, БТЕ (терм.)/час/фут²/° F, CHU/час/фут²/°C.

Гидравлика — жидкости

Преобразователь объемного расхода : метр³/сек, метр³/день, метр³/час, метр³/минута, сантиметр³/день, сантиметр³/час, сантиметр³/минута, сантиметр³/секунда, литр/день, литр/час, литр/минута, литр/секунда, миллилитр/день, миллилитр/час, миллилитр/минута, миллилитр/секунда, галлон (США)/день, галлон (США)/час, галлон (США)/минута, галлон (США)/секунда, галлон (Великобритания)/день, галлон (Великобритания)/час, галлон (Великобритания)/минута, галлон (Великобритания)/секунда, килобаррель (США)/день, баррель (США)/день…

Конвертер массового расхода : килограмм/секунда, грамм/секунда, грамм/минута, грамм/час, грамм/день, миллиграмм/минута, миллиграмм/час, миллиграмм/день, килограмм/минута, килограмм/час , килограмм/день, эксаграмм/секунда, петаграмм/секунда, тераграмм/секунда, гигаграмм/секунда, мегаграмм/секунда, гектограмм/секунда, декаграмм/секунда, дециграмм/секунда, сантиграмм/секунда, миллиграмм/секунда, микрограмм/секунда, тонна (метрическая)/секунда, тонна (метрическая)/минута, тонна (метрическая)/час, тонна (метрическая)/день…

Конвертер молярного расхода : моль/секунду, экзамол/секунду, петамоль/секунду, терамол/секунду, гигамол/секунду, мегамоль/секунду, киломоль/секунду, гектомоль/секунду, декамоль/секунду, децимоль/секунду, сантимоль/секунду, миллимоль/секунду, микромоль/секунду, наномоль/секунду, пикомоль/секунду, фемтомоль/ секунда, аттомоль/секунда, моль/минута, моль/час, моль/день, миллимоль/минута, миллимоль/час, миллимоль/день, киломоль/минута, киломоль/час, киломоль/день.

Преобразователь массового потока : грамм в секунду/метр², килограмм/час/метр², килограмм/час/фут², килограмм/секунда/метр², грамм/секунда/сантиметр², фунт/час/фут², фунт/секунда/фут².

Конвертер молярной концентрации : моль/метр³, моль/литр, моль/сантиметр³, моль/миллиметр³, килломоль/метр³, киломоль/литр, киломоль/сантиметр³, килломоль/миллиметр³, миллимоль/метр³, миллимоль/литр, миллимоль/ сантиметр³, миллимоль/миллиметр³, моль/дециметр³, молярный, миллимолярный, микромолярный, наномолярный, пикомолярный, фемтомолярный, аттомолярный, зептомолярный, йоктомолярный.

Конвертер массовой концентрации в растворе : килограмм/литр, грамм/литр, миллиграмм/литр, часть/миллион, гран/галлон (США), гран/галлон (Великобритания), фунт/галлон (США), фунт/ галлон (Великобритания), фунт/миллион галлонов (США), фунт/миллион галлонов (Великобритания), фунт/фут³, килограмм/метр³, грамм/100 мл.

Конвертер динамической (абсолютной) вязкости : паскаль-секунда, килограмм-сила-секунда/метр², ньютон-секунда/метр², миллиньютон-секунда/метр², дина-секунда/сантиметр², пуаз, экзапуаз, петапуаз, терапуаз, гигапуаз, мегапуаз, килопуаз, гектоуравновешенность, декауаз, деципуаз, сантипуаз, миллипуаз, микроуравновешенность, наноуравновешенность, пикоуравновешенность, фемтоуравновешенность, атоуравновешенность, фунт-сила-секунда/дюйм², фунт-сила-секунда/фут², фунт-секунда/фут², грамм/сантиметр/секунда., килостокс, гектостокс, декастокс, декастокс, сантистокс, миллистокс, микростокс, наностокс, пикостокс, фемтостокс, аттостокс.

Преобразователь поверхностного натяжения : ньютон/метр, миллиньютон/метр, грамм-сила/сантиметр, дина/сантиметр, эрг/сантиметр², эрг/миллиметр², фунт/дюйм, фунт-сила/дюйм.

Акустика — звук

Преобразователь чувствительности микрофона : децибел относительно 1 вольта на 1 паскаль, децибел относительно 1 вольта на 1 микропаскаль, децибел относительно 1 вольта на 1 дин на квадратный сантиметр, децибел относительно 1 вольта на 1 микробар, вольт на паскаль, милливольт на паскаль, микровольт на паскаль.

Преобразователь уровня звукового давления (SPL) : ньютон на квадратный метр, паскаль, миллипаскаль, микропаскаль, дина/квадратный сантиметр, бар, миллибар, микробар, уровень звукового давления в децибелах.

Фотометрия — свет

Преобразователь яркости : кандела/метр², кандела/сантиметр², кандела/фут², кандела/дюйм², килокандела/метр², стильб, люмен/метр²/стерадиан, люмен/сантиметр²/стерадиан, люмен/фут²/ стерадиан, нит, миллинит, ламберт, миллиламберт, фут-ламберт, апостильб, блондель, брил, скот.

Конвертер силы света : кандела, свеча (немецкий), свеча (Великобритания), десятичная свеча, свеча (пентан), пентановая свеча (мощность 10 свечей), свеча Хефнера, единица Карселя, десятичное число бужей, люмен/стерадиан, свеча (Международный).

Конвертер освещенности : люкс, метр-свеча, сантиметр-свеча, фут-свеча, фот, нокс, кандела стерадиан/метр², люмен/метр², люмен/сантиметр², люмен/фут², ватт/сантиметр² (при 555 нм) .

Преобразователь частоты и длины волны : герц, экзагерц, петагерц, терагерц, гигагерц, мегагерц, килогерц, гектогерц, декагерц, децигерц, сантигерц, миллигерц, микрогерц, наногерц, пикогерц, фемтогерц, аттогерц, цикл/секунду, длина волны в экзаменах , длина волны в петаметрах, длина волны в тераметрах, длина волны в гигаметрах, длина волны в мегаметрах, длина волны в километрах, длина волны в гектометрах, длина волны в декаметрах…

Конвертер оптической силы (диоптрии) в фокусное расстояние : Оптическая сила (диоптрийная сила или преломляющая сила) линзы или другой оптической системы — это степень, в которой система сводит или расходит свет. Он рассчитывается как величина, обратная фокусному расстоянию оптической системы, и измеряется в обратных метрах в СИ или чаще в диоптриях (1 диоптрия = м⁻¹)

Электротехника

Преобразователь электрического заряда : кулон, мегакулон , килокулон, милликулон, микрокулон, нанокулон, пикокулон, абкулон, EMU заряда, статкулон, ESU заряда, Франклин, ампер-час, миллиампер-час, ампер-минута, ампер-секунда, фарадей (на основе углерода 12), элементарный обвинение.

Преобразователь электрического тока : ампер, килоампер, миллиампер, биот, абампер, ЭВС тока, статампер, ЭСУ тока, СГС э.м. ед., СГС у.с. ед., микроампер, наноампер, планковский ток.

Конвертер линейной плотности тока : ампер/метр, ампер/сантиметр, ампер/дюйм, абампер/метр, абампер/сантиметр, абампер/дюйм, эрстед, гильберт/сантиметр, ампер/миллиметр, миллиампер/метр, миллиампер/дециметр , миллиампер/сантиметр, миллиампер/миллиметр, микроампер/метр, микроампер/дециметр, микроампер/сантиметр, микроампер/миллиметр.

Преобразователь поверхностной плотности тока : ампер/метр², ампер/сантиметр², ампер/дюйм², ампер/мил², ампер/круговой мил, абампер/сантиметр², ампер/миллиметр², миллиампер/миллиметр², микроампер/миллиметр², килоампер/миллиметр², миллиампер/сантиметр², микроампер/сантиметр², килоампер/сантиметр², ампер/дециметр², миллиампер/дециметр², микроампер/дециметр², килоампер/дециметр².

Преобразователь напряженности электрического поля : вольт/метр, киловольт/метр, киловольт/сантиметр, вольт/сантиметр, милливольт/метр, микровольт/метр, киловольт/дюйм, вольт/дюйм, вольт/мил, абвольт/сантиметр, статвольт /сантиметр, статвольт/дюйм, ньютон/кулон, вольт/микрон.

Преобразователь электрического потенциала и напряжения : вольт, милливольт, микровольт, нановольт, пиковольт, киловольт, мегавольт, гигавольт, теравольт, ватт/ампер, абвольт, EMU электрического потенциала, статвольт, ESU электрического потенциала, планковское напряжение.

Преобразователь электрического сопротивления : ом, мегом, микроом, вольт/ампер, обратный сименс, абом, EMU сопротивления, статом, ESU сопротивления, квантованное сопротивление Холла, импеданс Планка, миллиом, килоом.

Преобразователь удельного электрического сопротивления : ом-метр, ом-сантиметр, ом-дюйм, микроом-сантиметр, микроом-дюйм, абом-сантиметр, статом-сантиметр, круговой мил ом/фут, ом кв.миллиметр на метр.

Преобразователь электрической проводимости : сименс, мегасименс, килосименс, миллисименс, микросименс, ампер/вольт, мхо, геммо, микромо, абмо, статмо, квантованная проводимость Холла.

Преобразователь электропроводности : сименс/метр, пикосименс/метр, мОм/метр, мОм/сантиметр, абмо/метр, абмо/сантиметр, статмо/метр, статмо/сантиметр, сименс/сантиметр, миллисименс/метр, миллисименс/ сантиметр, микросименс/метр, микросименс/сантиметр, единица электропроводности, коэффициент проводимости, частей на миллион, шкала 700, частей на миллион, шкала 500, частей на миллион, шкала 640, TDS, частей на миллион, шкала 640, TDS, частей на миллион, шкала 550, TDS, частей на миллион, шкала 500, TDS, частей на миллион, шкала 700.

Конвертер емкости : фарад, эксафарад, петафарад, терафарад, гигафарад, мегафарад, килофарад, гектофарад, декафарад, децифарад, сантифарад, миллифарад, микрофарад, нанофарад, пикофарад, фемтофарад, аттофарад, кулон/вольт, абфарад, EMU , статфарад, ЕСУ емкости.

Преобразователь индуктивности : генри, эксагенри, петагенри, терагенри, гигагенри, мегагенри, килогенри, гектогенри, декагенри, децигенри, сантигенри, миллигенри, микрогенри, наногенри, пикогенри, фемтогенри, аттогенри, вебер/ампер EMU, индуктивности, , статенри, ЭСУ индуктивности.

Преобразователь реактивной мощности переменного тока : вольт-ампер реактивный, милливольт-ампер реактивный, киловольт-ампер реактивный, мегавольт-ампер реактивный, гигавольт-ампер реактивный.

Преобразователь американского калибра проводов : Американский калибр проводов (AWG) — это стандартизированная система калибров проводов, используемая в США и Канаде для определения диаметров цветных электропроводящих проводов, включая медь и алюминий. Чем больше площадь поперечного сечения провода, тем выше его пропускная способность по току.Чем больше номер AWG, также называемый калибром провода, тем меньше физический размер провода. Наибольший размер AWG — 0000 (4/0), а наименьший — 40. В этой таблице перечислены размеры и сопротивления AWG для медных проводников. Используйте закон Ома для расчета падения напряжения на проводнике.

Магнитостатика, магнетизм и электромагнетизм

Преобразователь магнитного потока : вебер, милливебер, микровебер, вольт-секунда, единица измерения полюса, мегалиния, килолиня, линия, максвелл, тесла-метр², тесла-сантиметр², гаусс-сантиметр², квант магнитного потока.

Конвертер плотности магнитного потока : тесла, вебер/метр², вебер/сантиметр², вебер/дюйм², максвелл/метр², максвелл/сантиметр², максвелл/дюйм², гаусс, линия/сантиметр², линия/дюйм², гамма.

Радиация и радиология

Мощность поглощенной дозы излучения, общая мощность дозы ионизирующего излучения Конвертер мощности : грей/сек, экзагрей/сек, петагрей/сек, терагрэй/сек, гигагрей/сек, мегагрей/сек, килогрей/сек, гектогрей /секунда, декагрей/секунда, децигрей/секунда, сантигрей/секунда, миллигрей/секунда, микрогрей/секунда, наногрей/секунда, пикогрей/секунда, фемтогрей/секунда, аттогрей/секунда, рад/секунда, джоуль/килограмм/секунда, ватт /килограмм, зиверт/секунда, миллизиверт/год, миллизиверт/час, микрозиверт/час, бэр/секунда, рентген/час…

Радиоактивность. Конвертер радиоактивного распада : беккерель, петабеккерель, терабеккерель, гигабеккерель, мегабеккерель, килобеккерель, миллибеккерель, кюри, килокюри, милликюри, микрокюри, нанокюри, пикокюри, резерфорд, одна/секунда, распады/секунду, распады/минута.

Преобразователь радиационной экспозиции : кулон/килограмм, милликулон/килограмм, микрокулон/килограмм, рентген, миллирентген, микрорентген, рентген ткани, Паркер, респ.

Радиация. Конвертер поглощенной дозы : рад, миллирад, джоуль/килограмм, джоуль/грамм, джоуль/сантиграмм, джоуль/миллиграмм, грей, экзагрей, петагрей, терагрей, гигагрей, мегагрей, килогрей, гектогрей, декагрей, децигрей, сантигрей, миллигрей, микрогрей , наногрей, пикогрей, фемтогрей, аттогрей, зиверт, миллизиверт, микрозиверт…

Разные конвертеры

Конвертер метрических префиксов : нет, йотта, зетта, экза, пета, тера, гига, мега, кило, гекто, дека , деци, санти, милли, микро, нано, пико, фемто, атто, зепто, йокто.

Преобразователь передачи данных : бит/секунду, байт/секунду, килобит/секунду (SI по умолчанию), килобайт/секунду (SI по умолчанию), кибибит/секунду, кибибайт/секунду, мегабит/секунду (SI по умолчанию) , мегабайт/секунду (по SI), мебибит/секунду, мебибайт/секунду, гигабит/секунду (по SI), гигабайт/секунду (по SI), гибибит/секунду, гибибайт/секунду, терабит/секунду (по SI). .), терабайт/секунду (SI по умолчанию), тебибит/секунду, тебибайт/секунду, ethernet, ethernet (быстрый), ethernet (гигабит), OC1, OC3, OC12, OC24, OC48…

Типографика и цифровая Конвертер единиц измерения изображения : твип, метр, сантиметр, миллиметр, символ (X), символ (Y), пиксель (X), пиксель (Y), дюйм, пика (компьютер), пика (принтер), точка (DTP/PostScript) ), точка (компьютерная), точка (принтерная), en, cicero, em, Didot точка.

Конвертер единиц измерения объема пиломатериалов : кубический метр, кубический фут, кубический дюйм, досковые футы, тысяча досковых футов, шнур, шнур (80 футов³), кордовые футы, кунит, поддон, поперечная стяжка, перекидная стяжка.

Калькулятор молярной массы : Молярная масса — это физическое свойство, которое определяется как масса вещества, деленная на количество вещества в молях. Другими словами, это масса одного моля определенного вещества.

Периодическая таблица : Периодическая таблица представляет собой список всех химических элементов, расположенных слева направо и сверху вниз по их атомному номеру, электронным конфигурациям и повторяющимся химическим свойствам, организованным в виде таблицы, так что элементы с аналогичные химические свойства отображаются в вертикальных столбцах, называемых группами.Некоторые группы имеют имена, а также номера. Например, все элементы 1-й группы, кроме водорода, являются щелочными металлами, а элементы 18-й группы — благородными газами, которые ранее назывались инертными газами. Различные строки таблицы называются периодами, потому что такое расположение отражает периодическое повторение сходных химических и физических свойств химических элементов по мере увеличения их атомного номера. Элементы одного периода имеют одинаковое количество электронных оболочек.

Вам трудно перевести единицу измерения на другой язык? Помощь доступна! Разместите свой вопрос в TCTerms и через несколько минут вы получите ответ от опытных технических переводчиков.

Кабель 50 Ом? | Линии электропередачи

В начале своих исследований в области электричества я наткнулся на отрезок коаксиального кабеля с этикеткой «50 Ом», напечатанной вдоль его внешней оболочки (рисунок ниже). Коаксиальный кабель представляет собой двухжильный кабель, состоящий из одного проводника, окруженного плетеной проволочной оболочкой, с пластиковым изоляционным материалом, разделяющим два провода.

Таким образом, внешний (плетеный) проводник полностью окружает внутренний (одножильный) проводник, причем два проводника изолированы друг от друга по всей длине кабеля.Этот тип кабеля часто используется для передачи слабых (малоамплитудных) сигналов напряжения из-за его превосходной способности экранировать такие сигналы от внешних помех.

 

Конструкция коаксиального кабеля.

 

Меня озадачила надпись «50 Ом» на этом коаксиальном кабеле. Как могли два проводника, изолированные друг от друга относительно толстым слоем пластика, иметь между собой сопротивление 50 Ом?

Измерив сопротивление между внешним и внутренним проводниками с помощью омметра, я обнаружил, что оно бесконечно (разомкнутая цепь), как и ожидалось от двух изолированных проводников.

Измерение сопротивления каждого из двух проводников от одного конца кабеля до другого показало почти нулевое сопротивление: опять же, именно то, что я ожидал от непрерывных непрерывных отрезков провода.

Нигде мне не удалось измерить сопротивление 50 Ом на этом кабеле, независимо от того, между какими точками я подключал свой омметр.

Чего я не понимал в то время, так это реакции кабеля на высокочастотные сигналы и импульсы переменного тока, которые имеют быстрое время нарастания/спада.Непрерывный постоянный ток (постоянный ток), например, используемый моим омметром для проверки сопротивления кабеля, показывает, что два проводника полностью изолированы друг от друга с почти бесконечным сопротивлением между ними.

Однако из-за влияния емкости и индуктивности, распределенных по длине кабеля, реакция кабеля на быстро меняющиеся напряжения такова, что он действует как конечный импеданс, потребляя ток, пропорциональный приложенному напряжению.

То, что мы обычно не воспринимаем как пару проводов, становится важным элементом схемы в присутствии быстро меняющихся переходных процессов и высокочастотных сигналов переменного тока со своими собственными характерными свойствами.При выражении таких свойств мы называем пару проводов линией передачи .

В этой главе рассматривается поведение линии передачи. Многие эффекты линий передачи не проявляются в значительной степени в цепях переменного тока с частотой сети (50 или 60 Гц) или в непрерывных цепях постоянного тока, поэтому до сих пор нам не приходилось заниматься ими в нашем исследовании электрических цепей.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *