Волновое сопротивление кабеля: Волновое сопротивление 50 или 75 Ом, медненое железо или медь? -Статьи -Статьи, обзоры, тесты

Уроки по электрическим цепям — линии передачи / Хабр

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

Волновое сопротивление коаксиального кабеля

Для передачи сигналов в радиочастотном диапазоне используются специальные линии передачи. При этом в диапазонах сантиметровых и миллиметровых волн (на частотах от 3-5 до 300 ГГц) в качестве линий передач используются волноводы, а в диапазоне дециметровых волн и начале сантиметровых – симметричные, несимметричные и совмещенные кабели.

Такие кабели имеют в заданном  диапазоне частот малое затухание. Каждый из этих кабелей характеризуется некоторым волновым сопротивлением. Для передачи всей поступающей на вход линии передачи ВЧ энергии волновое сопротивление кабеля должно быть согласовано с волновыми сопротивлениями передатчика и приемника. В противном случае в линии появляются стоячие волны, и часть поступающей энергии отражается.

 

Симметричные кабели (SAT 703, SAT 50, RG6)

Симметричные кабели представляют собой линии передачи, состоящие из двух параллельных проводов, находящихся на одинаковом расстоянии друг от друга на протяжении всей линии. Для изоляции проводов могут использоваться изоляторы, а в случае передачи по такой линии мощного сигнала от передатчика изолятором может стать воздух. Волновое сопротивление симметричной линии зависит от отношения расстояния между проводами к диаметру провода.
Достоинством симметричной линии является ее простота и симметричность, что важно, например, при подсоединении ее к симметричной антенне. Недостаток такой линии состоит в наличии антенного эффекта, который заключается в излучении и приеме ВЧ энергии.
Коаксиальные кабели
К несимметричным линиям передачи относятся коаксиальный кабель. Коаксиальный кабель состоит из центральной жилы и экранирующей оплетки, между которыми располагается изолирующий диэлектрик. Коаксиальный кабель классифицируется по волновому сопротивлению.
Волновое сопротивление зависит от конструктивных параметров кабеля, к которым относятся:
диаметр внутренней жилы;
диаметр оплетки;
материал диэлектрика.

Наиболее распространенными являются кабели с волновыми сопротивлениями 50, 75 и 300 Ом. Наиболее используемыми марками являются отечественные кабели РК 50 и РК 75, а импортные – SAT 703, SAT 50, RG 6, RG 59.
Важным показателем коаксиального кабеля является коэффициент затухания сигнала. При этом необходимо выбирать кабель, центральная жила которого изготовляется из меди. Как известно на высоких частотах имеет место явление скин-эффекта, при котором ВЧ сигнал проходит по поверхности проводника. Поэтому для уменьшения сопротивления, а, следовательно, затухания ВЧ сигнала, внутреннюю медную жилу кабеля иногда покрывают тонким слоем серебра. С этой же целью медную оплетку лудят припоем.
На параметр удельного затухания кабеля влияет также качество диэлектрика. На сверхвысоких частотах такие материалы как полиуретан, полиэтилен и вспененные компоненты этих материалов не всегда удовлетворяют по показателю диэлектрических потерь. На таких частотах желательно использование фторопласта.
Достоинствами коаксиального кабеля являются хорошее экранирование и возможность передачи широкого спектра сигналов.
Недостатки такого кабеля – подверженность низкочастотным помехам.

Совмещенные кабели
Совмещенные кабели состоят из двух кабелей, помещенных в одну общую экранирующую оплетку. Это может быть коаксиальный кабель для передачи ВЧ сигнала и симметричный кабель (витая пара) для питания устройства. Другой вариант – трех-проводная линия, в которой в качестве общего минуса питания устройства используется оплетка коаксиального кабеля.
В компании AVS Electronics Вы можете кабель SAT 703 купить и SAT 50 по выгодной цене, а так же получить грамотную консультацию по коаксиальному кабелю у наших специалистов.

Хитачи Часто задаваемые вопросы | Что такое волновое сопротивление?

В: Что такое волновое сопротивление?

A: Сначала поймите, что сопротивление — это понятие, используемое для постоянного тока (постоянного тока), тогда как импеданс — это эквивалент переменного тока (переменного тока). Электрический импеданс — это измерение в (Ом) полного сопротивления, которое проводник оказывает электрическому току, проходящему через него. Это отличается для переменного и постоянного тока. В цепи постоянного тока сопротивление (величина) является импедансом. Однако в цепи переменного тока импеданс учитывает как сопротивление (величину), так и фазу переменного тока. Фаза — это просто измерение, представляющее положение в конкретный момент времени (момент) в реальном цикле сигнала. Таким образом, график импеданса переменного тока будет отображать максимумы и минимумы по мере изменения формы сигнала. Другой способ думать об этом состоит в том, что импеданс — это более общий термин для сопротивления, который также включает реактивное сопротивление.

Другими словами, сопротивление — это сопротивление постоянному электрическому току. Чистое сопротивление не меняется с частотой, и, как правило, единственное время, когда рассматривается только сопротивление, — это чистая цепь постоянного тока (неизменяющаяся).

Реактивное сопротивление, однако, является мерой типа сопротивления переменному электричеству из-за емкости или индуктивности. И это противостояние сильно варьирует в зависимости от частоты. На низких частотах импеданс в значительной степени зависит от размера проводника, но на высоких частотах размер проводника, материал и толщина изоляции влияют на импеданс кабеля и, в конечном счете, на качество сигнала. Это в дополнение к индуктивности и емкости являются критическими факторами, которые необходимо учитывать на основе входной сигнализации.

Цитируя приведенную ниже статью: «Для того, чтобы волновое сопротивление кабеля повлияло на то, как через него проходит сигнал, кабель должен иметь длину не менее значительной доли длины волны для конкретной частоты, которую он передает. Большинство проводов будет иметь скорость движения переменного тока от 60 до 70 процентов скорости света, или около 195 миллионов метров в секунду. Звуковая частота 20 000 Гц имеет длину волны 9 750 метров, поэтому кабель должен быть длиной четыре или пять километров, прежде чем он начнет влиять на звуковую частоту. Вот почему характеристический импеданс межблочных аудиокабелей не является чем-то, о чем большинству из нас следует беспокоиться. Обычный видеосигнал редко превышает 10 МГц. Это около 20 метров для длины волны. Эти частоты приближаются к достаточно высоким, чтобы характеристический импеданс стал фактором. Компьютерные видеосигналы высокого разрешения и быстрые цифровые сигналы легко превышают 100 МГц, поэтому даже при коротких участках кабеля требуется надлежащее согласование импеданса». Подробнее читайте на:

http://www.epanorama.net/documents/wiring/cable_impedance.html

При проектировании цепи, если система рассчитана на сопротивление 100 Ом, компоненты, входящие и выходящие из цепи, также должны быть согласованы на 100 Ом. Это очень важный элемент хорошего дизайна. Если есть какое-либо несоответствие, в месте несоответствия создаются отражения, вызывающие ошибки, и это приводит к потерям. В общем, для высокого напряжения идеальный импеданс составляет 60 Ом. Для высокой мощности идеальный импеданс составляет 30 Ом. 50 Ом — это общий отраслевой стандарт, установленный для большинства оборудования и устройств, а 75 Ом предпочтительнее для видео высокого качества.

Напоминаем, что в кабеле с высоким импедансом емкость (или способность удерживать заряд) будет низкой. Точно так же в кабеле с низким импедансом емкость будет высокой. Почему это? Проще говоря, более высокая частота => более быстрое время нарастания => необходимость более быстрого заполнения конденсатора/кабеля => требуется больше зарядов => больший ток => большая мощность.

• Продукты
  • Кабельные решения
  • Трубки
  • Материалы
  • Волоконно-оптические решения
  • Услуги по механической обработке
  • Услуги по изготовлению
  • Услуги по сборке
• Market Applications
• Библиотека ресурсов
• О нас
• Условия использования продукта
• Карьера
• Свяжитесь с нами

линия передачи — является ли характеристическое сопротивление кабеля фактическим сопротивлением в цепи?

спросил 1 год, 11 месяцев назад

Изменено 1 год, 11 месяцев назад

Просмотрено 632 раза

\$\начало группы\$

Допустим, у вас есть вот такая простая радиочастотная схема:

Я «понимаю», что \$Z_0\$ должны совпадать с \$Z_s\$ и \$Z_L\$ для передачи максимальной мощности в нагрузку. ?}\frac{V_in\cdot Z_L}{Z_s+Z_0+Z_L}$$

Например, в системе \$50\Omega\$ напряжение равно \$V_{(Z_0,Z_l)}= \frac{V_{in}}{3}\$. Я не верю (и я не могу построить это прямо сейчас, чтобы доказать это самому себе, и я не знаком с линиями передачи на Spice), но тогда я не могу объяснить, что \$Z_0\$ физически есть —т.е. импеданс, но не совсем!. Если бы это было так, то нагрузка должна была бы соответствовать \$Z_s+Z_0\$.

Я был бы признателен, если бы кто-нибудь помог мне разобраться в этом. Я считаю, что ответ заключается в том, что если \$Z_0 = Z_s=Z_L\$, то это действует как соединение без потерь между \$Z_s\$ и \$Z_L\$, но я не знаю, смогу ли я действительно это объяснить. . Я могу помочь мне понять это (желательно с математикой) или направить меня к дополнительной литературе по теме, я был бы очень признателен. Я уже просмотрел линии передачи и согласование импедансов в Википедии и других источниках, и если объяснение этого «специфического» аспекта \$Z_0\$ было там, то я не понял его и не установил связь. Поэтому, пожалуйста, не направляйте меня обратно на эти веб-сайты без каких-либо дополнительных пояснений или пояснений к конкретному разделу или разделам, где это обсуждается. 9?}\frac{V_in\cdot Z_L}{Z_s+Z_0+Z_L}$$

Нет, это уравнение неприменимо, потому что волновое сопротивление линии передачи не является импедансом между двумя концами линии.

Как было сказано в других ответах и ​​в некоторых предыдущих вопросах и ответах, характеристическое сопротивление линии передачи представляет собой отношение напряжения к току, которое позволяет волне распространяться по линии без отражений.

Для расчета напряжения на нагрузке помимо волнового сопротивления линии необходимо знать еще и его электрическая длина на частоте подаваемого сигнала.

Отсюда нужно определить четырехпортовое представление линии в удобном формате, например S-параметры, Z-параметры или Y-параметры. Затем вы можете построить систему уравнений, описывающую систему, и найти напряжение на нагрузке.

Поскольку существует фазовая задержка между сигналом на стороне источника линии и на стороне нагрузки линии, для определения напряжения нагрузки не существует более простого уравнения, чем то, которое вы предложили. В некоторых особых случаях (например, если импеданс источника или нагрузки точно соответствует импедансу линии, или длина линии составляет ровно одну четверть длины волны и т. д.), вы можете найти простое уравнение, но в общем случае будет несколько сложнее.

\$\конечная группа\$

2

\$\начало группы\$

Z ₀ линии передачи является импедансом только в том смысле, что это соотношение между напряжением и током.

Линия передачи может поддерживать волну в любом направлении. Для этой волны отношение ее напряжения к ее току равно Z ₀ . Всегда.

Иногда может показаться, что для линии передачи это соотношение нарушено. Например, подключите аккумулятор к линии передачи с разомкнутой цепью, и вы получите конечное напряжение без тока. Однако на самом деле у вас есть суперпозиция волны в каждом направлении, с добавлением напряжений и вычитанием токов, чтобы получить мгновенное напряжение с нулевым током повсюду.

Если источник запускает волну с напряжением и током уже в соотношении импеданса линии, и если приемник может поглотить волну также с этим соотношением, то линия передачи идеально согласована, и источник будет передавать мощность на Загрузка.

Если с другой стороны нагрузка не соответствует, то будет отражаться часть сигнала

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Кабель можно смоделировать с помощью КВЛ, используя 0 Ом или некоторое небольшое сопротивление постоянному току для всех частот от постоянного тока до примерно 1/10 длины волны длины кабеля, а также для 1/2 длины волны и всех кратных этой частоте.

Но на длинах волн между этими примерами линия передачи действует как сопряженный трансформатор импеданса. Таким образом, на 1/4 длины волны с разомкнутой цепью у вас есть короткое замыкание, скажем, на источник 75 или 50 Ом. Это означает, что у вас есть режекторный фильтр с высокой добротностью при такой длине. Тогда на 1/2 волны он может пройти. Но если конечное сопротивление не совпадает, коэффициент отражения или обратные потери определяют затухание.

• Zo имеет несколько эффектов в зависимости от длины волны сигнала и для низкочастотных целей KVL, он равен 0, а согласованный импеданс без потерь в стационарном среднем составляет 0 потерь Ом.

Таким образом, характеристический импеданс влияет только на кабели, длина которых превышает 1/10 длины волны во времени, рефлектометр во временной области, а также 4 области спектрального импеданса и частотной характеристики, известные как параметры рассеяния или «s».

\$\конечная группа\$

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя адрес электронной почты и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания и подтверждаете, что прочитали и поняли нашу политику конфиденциальности и кодекс поведения.