传输线第二部分

我们留下了这句话:

现在，我会停在这里, 我想给一个机会，准确地吸收的概念, 只要我整合的输电线路的话题, 我的目的是为了到达最后描述了波导和谐振腔.

现在开始!!

传输线 “长” Ë “法庭”

 

 

在DC电路和低频AC采用同轴电缆来保护从所造成的降解的弱信号 “感应噪声” 通过磁或电杂散场忽略的特性阻抗产生. 这是由于其中的反射发生在线路相对较短的时间, 相比于波形的周期或在一个圆圈显著信号的脉冲. 正如我们前面看到的, 如果传输线连接到一个DC电压源, 这将表现为等于值到行只对所花费的脉冲的时间的特性阻抗的电阻器，以达到相对的端部和返回作为反射脉冲. 在此之后的时间 (短 10 毫秒为沿着同轴电缆 1 去年公里例如), 源 “看到” 只有终端阻抗, 不管它是什么.

如果电路是低频, 通过传输线当AC源发射电压尖峰并且当所述源间引入的短延时 “看到” 峰值负载阻抗终止是不太重要.

虽然我们知道，沿着线的长度的信号幅度不是在给定时间等于由于信号的传播到 (准) 光速, 开始和线路的端部的信号之间的实际相位差是可忽略的.

在这些情况下, 我们可以说，在讨论的传输线 法院电, 因为它们的传播效应快得多周期管道信号.

反之, 行 长电 它是其中的传播时间是一个大的分数，或信号周期的偶数倍数. 一行 “长” 一般被认为是一个周期的，其中所述完整的源信号的波形的至少四分之一 (90日 “回转”) 之前入射信号到达行末.

要对此做个透视, 我们要表达由沿着传输线的电压或电流信号相对于前往其频率的距离. 用的频率的信号 50 赫兹完成在一个周期 20 女士. 在光的速度 (300.000 千米 / 小号), 相当于一个距离 6000 公里，一个电压或电流信号将在该期间传播. 如果传输线速度因数小于 1, 传播速度将小于 300.000 公里每秒的距离将下部由相同的因子. 但是，即使我们使用了同轴电缆的速度因子从上个例子 (0.66), 距离尚 3960 千米 ! 无论距离我们计算给定频率称为 长 d’然后 信号.

一个简单的公式来计算波长为如下:

希腊字母 “拉姆达” 小 (升) 它代表波长, 在速度的图中使用的任意长度单位 (如果每秒公里, 然后在公里波长, 如果米每秒, 然后在米波长). 传播速度通常是光的速度在露天或真空中计算所述信号波的波长时, 但是这将是较低的，如果传输线具有小于的速度因子 1.

是一条线 “长” 龙被认为是至少 1/4 在长, 到交流电源系统 50 赫兹, 电源线必须通过 990 公里长之前的传播时间的影响变得显著. 音频放大器连接到扬声器电缆线是长在 4,95 线的反射之前公里显著影响从音频信号 10 千赫!

虽然我相信，通过提供一些奇怪的玩意儿，消除了这些光谱反射的影响，在世界一些深奥的音频某处将有被拉断这种说法勒索钱财!!!

当涉及到射频系统, 然而, 传输线的长度是远离琐碎. 考虑一个无线电信号 100 兆赫: 它的波长只有 3 米, 即使在光的传播的全速 (300.000 千米 / 小号). 携带此信号的传输线不应该超过约长 75 要考虑厘米 “长!” 用的电缆速度因子 0,66, 这个临界长度减小到 50 厘米.

当电源通过传输线连接到负载 “切割”, 负载阻抗支配电路. 亦即, 当线是短, 它的特性阻抗不是很重要了电路的行为. 我们看到它测试同轴电缆用欧姆表: 电缆法 “开放” 从中心导体与外导体如果电缆端被留下未完成的.

即使线路充当的短时间的电阻之后将仪器连接 (大约 50 Ω对于RG-58电缆 / 该), 他立刻就像一个简单的 “开路:” 线的最终阻抗为开路.

自那时以来，欧姆表的综合反应和人类是谁在使用 大大超过 往返传播时间上下电缆和只记录端接阻抗 (负载). 它是传播的信号的极端速度，使我们无法检测到的瞬态的阻抗 50 用欧姆表Ω电缆.

当一个源被通过传输线连接到负载 “长”, 线的特性阻抗支配自己的负载阻抗在确定电路的行为.

换句话说, 电线路 “长” 它作为电路的主要成分, 其特征，其掩盖了负载. 与连接到该电缆的一端和负载到另一个源, 从源汲取的电流主要是线的功能，而不是负载. 这是越来越真实的时间越长，输电线路.

考虑我们的假设电缆 50 无限长度的Ω, 可靠地传输线的最终实例 “长”: 无论负载的类型的连接到该线的一端, 源 (在另一端连接) 将只能看到 50 Ω的阻抗, 由于线的环形长度防止到达端从未其中负载被连接在信号. 在这种情况下, 线路阻抗只定义了电路的行为, 使完全不相干的负载.

以尽量减少对电路的行为的传输线的长度的影响的最有效的方法是，以匹配线路负载阻抗的特性阻抗. 如果负载阻抗等于线的阻抗, 任何 信号源连接到线路的另一端 “会看到” 一模一样的阻抗，将有来自它汲取的电流的量是相同的, 不管线路的长度的.

在完美的阻抗匹配的这个条件, 线长度仅影响由起始时间信号的延迟量到所述源来报告负载的到来. 然而, 线路和负载阻抗的完美结合并不总是可行的或可能的.

驻波和共振

发生的传输线的阻抗与负载之间的不匹配，每次, 会有一些思考. 如果事故信号是AC波形继续, 这些反射将与多个输入波长入射的形式，以产生固定的波形呼叫被求和 驻波 .

下图显示了如何在一个三角形形状的入射信号 (我用这个波形设计简单) 被变换成镜像到行尾的实现的反射没有被终止. 在这个说明性的序列中的传输线被示出为单个粗线，而不是一对导线, 为了简单起见. 入射波显示行从左至右, 而反射波由右至左行进:

入射波反映了传输线的端部不被终止.

如果我们将两个波形相加, 我们发现第三驻波形式沿着线的长度创建

入射的反射波之和是一个驻波.

这在红第三波表示沿该线的唯一电压, 是总和代表入射的和反射电压波. 在瞬时振幅波动, 但不沿电缆的长度传播.

驻波在现实世界相当丰富. 考虑绳子一端激动，相互链接 (只有一个示出的手移动周期的装置, 移动VERSO I低):

绳子上的驻波.

这两个节点 (很少或没有震动的点) 和腹 (最大振动点) 保持沿绳的长度固定. 当自由端是在合适的频率震动的效果更显着. 该弹拨出现相同的行为 “静止的”, 同 “结” 最大和最小沿它们的长度振动. 一个弹拨和减震绳之间的主要区别在于，弹拨提供振动的固有频率 “正确” 最大限度地驻波的影响:

在弹拨驻波.

甚至通过的开口管吹产生驻波的风; 这个时候, 波是空气分子的振动 (声音) 管而不是一个实心物体的内部振动. 如果驻波的一个结结束 (最小宽度) 或腹 (最大振幅) 它依赖于一个事实，即管的另一端是打开还是关闭:

在开口管立波得分.

封闭管的一端必须是一个波节点, 而开放管的一端必须是波腹. 类推, 锚定到一个振动弦的端部必须是一个节点, 而自由端 (如果存在) 它必须是一个腹.

注意如何有更大的波长的合适的以产生管内使空气振动的驻波，其正好对应于所述管的端部的点. 这是驻波所有系统真: 驻波谐振与系统的任何频率 (波长) 相关节点点 / 该系统的腹. 说这句话的另一种方式是，有任何系统，支持驻波多个共振频率.

所有更高的频率是整数的最小频率的倍数 (根本) 为系统. 谐波的连续进展从一个到下一个的谐振频率定义的频率 音 为系统:

在开放式管谐波

实际频率 (以赫兹为单位) 对于每个这些谐波或泛音取决于管的物理长度和波传播的速度, 它是声音在空气中的速度.

由于传输线支持驻波和强制这些波来根据负载的端终端阻抗的类型具有节和波腹, 也具有在特定频率从物理长度的谐振和传播速度. 传输线的谐振, 然而, 这是一个有点“更复杂的字符串共振或空气在管道, 因为我们要考虑两个电压，使得电流波.

这种复杂性是比较容易通过计算机模拟来了解. 要启动, 检查源, 传输线路和负载完美匹配. 所有组件都具有的阻抗 75 哦:

输电线路完全匹配.

于山岛的LTspice (免费) 以模拟电路, 我们将指定传输线 (T1) 用的特性阻抗 75 哦 (Z0 = 75) 和的传播延迟 1 微秒 (TD = 1U). 这是表示传输线路的物理长度的方便方法: 花费的时间为一个波量沿其整个长度传播. 如果你是一个真正的电缆 75 哦, 也许是一种同轴电缆 “RG-59B / 该”, 类型通常用于电视分配电缆, 用的速度因子 0,66 长这将是左右 198 米. 因为 1 MS是信号与周期 1 兆赫, 我会选择AC电源的频率从零转移 (准) 一个1MHz, 查看系统如何反应在暴露于信号范围从直流到 1 波长.

通过执行这种模拟和跟踪的电压下降中的电路中，我们可以看到，图中图上的源极电压一个记录 1 伏不变, 而所有其他点有一个 0,5 伏不变:

在一个系统中，所有的阻抗完美平衡, 不能有任何驻波, 再有 “峰” 该 “VALLI” 在谐振的波特图.

现在, 我们改变负载阻抗 999 MΩ, 以模拟开路传输线. 我们一定要现在的频率由移动看看就行了几点思考 1 兆赫 1 兆赫:

行开放式传输

在开放的传输线共振.

的电压上升，扫描间隔在沿由不同的频率降低 1 兆赫 1 兆赫. 还有的沿水平轴的分析兴趣五点: 0 赫兹, 250 千赫, 500 千赫, 750 千赫è 1 兆赫. 我们将测试每相对于电压和电流在电路的不同点.

一个 0 赫兹 (的确 1 兆赫), 信号几乎是DC, 和在大致相同的方式在电路表现为将一个DC电池电源 1 伏特. 没有回路电流

一个 250 千赫, 我们看到了零电压和最大电流在传输线的端部, 但仍处于在负载端全电压:

F = 250 千赫:

条目: V = 0 — I = 13,33 毫安;

精细: V = 1 — I = 0.

你可能想知道, 因为它可以?

我们怎样才能获得一个充满张力的线条开放而出现零电压输入?

答案就在驻波的悖论. 与源频率 250 千赫, 线的长度为完全正确的 1/4 波长从一端适合. 与线负载的开路的端部, 不能有任何电流, 但会有紧张. 因此, 开路传输线的负载终端是当前节点 (零) 和电压波腹 (最大振幅):

一个 500 千赫, 正好一半驻波的是基于传输线, 在这里，我们看到另一点分析，其中源的电流下降到零，并在传输线末端的电压源再次上升到全电压

全波半传输线开半波.

一个 750 千赫, 这种情况似乎非常相似， 250 千赫: 零电压源端和最大电流. 这是由于 3/4 悬浮沿传输线的波形的, 其结果是源 “看到” 在其连接到所述传输线的短路, 即使线路的另一端是开路

如果将供给量达到 1 兆赫, 在传输线路上存在永久波. 在这一点上, 线的源端经过相同的电压幅度和所述负载电流的端部: 全电压和电流为零. 基本上, 源 “看到” 在该点处的开路，其中它连接到传输线.

双驻波在传输线路上开到全波.

同样, 短路的传输线产生的驻波, 尽管对于电压和电流的分配的节点和波腹被颠倒. 以下是对SPICE仿真中的短路跳线是由负载阻抗模拟 1 MD

短路的传输线

传输线短路详细

不用重复所有的图纸invertedo与输出行为输入.

在这两种的开路线与线的这些实施例中短路, 能量的反射是总: 该 100% 到达线的端部被反射回光源入射波.

是, 然而, 传输线终止于比开路或短路其它阻抗, 反射是那么激烈, 如将沿着线的最小和电压的最大值与电流之间的差.

假设我们需要结束我们的样品符合电阻 100 Ω与取代电阻器 75 哦.

传输线路失配的弱谐振

弱共振详情

在所有频率, 源极电压保持在稳定 1 伏特, 因为它应该. 即使负载电压保持稳定, 但是在较低的电压: 0,5714 伏特. 然而, 两个线路输入电压横跨的阻抗上的电压降 75 源的Ω随频率变化.

一个 0 赫兹 : 条目: V = 0,5714, I = 5.715 毫安
一个 250 千赫: 条目: V = 0,4286, I = 7,619 毫安
一个 500 千赫: 条目: V = 0.5714, I = 5.715 毫安
一个 750 千赫: 条目: V = 0,4286, I = 7,619 毫安
一个 1 兆赫: 条目: V = 0.5714, I = 5.715 毫安

在基频的奇次谐波 (250 千赫è 750 千赫) 看到不同的电压电平在传输线的每个端部, 因为那些在一个波腹在一端在一个结，而另一端驻波和终止频率在.

不同于开路和短路的传输线的实施例中, 沿着这条传输线的最大和最小电压电平没有达到电压源的同样的极值 0% Ë 100%, 但我们仍然分 “最低限度” Ë “最大” 电压. 这同样适用于当前

表达驻波的严重程度的一种方法是最大振幅之间的关系 (腹) 和最小幅度 (节点), 电压或电流. 当线是由开路或短路端, 此 驻波比 , 该 SWR 它在无穷远处被重视, 因为最小振幅将等于零, 和任何有限值在一个无限除以零次的结果 . 在这个例子中, 用从线 75 Ω端接阻抗 100 哦, 在SWR将完成: 1.333, 通过取最大线电压计算 250 Ø千赫 750 千赫 (0,5714 伏特) 和由最小线分压 ( 0,4286 伏特).

驻波比也可以通过取线和线的特性阻抗的终端阻抗和通过将所述两个值中的较大的最小计算. 在这个例子中, 的终端阻抗 100 Ω除以特性阻抗 75 Ω产生的确切的商 1,33, 在某种程度上非常相似，前面的计算.

一个完全封端的传输线将有一个SWR 1, 由于在任何位置沿着线的长度的电压将是相同的, 同样地对于当前. 再次, 这通常被认为是理想的, 这不仅是因为反射波没有能量提供给负载, 但由于高电压和由驻波的波腹产生的电流值的可以重载传输线的隔离 (高压) 和导体 (高电流), 分别.

还, 具有高SWR的传输线倾向于充当天线, 辐射从线的电磁能量远, 而不是窜所有负载. 这通常是不可取, 由于辐射能量可以 “伴侣” 与邻近导体, 产生信号干扰.

在这点上一个有趣的注意的是，其通常类似于开路或短路传输线的天线通常设计为在高操作 驻波比, 为原因以最大化传输和接收信号。.

第二篇文章在这里术语, 过于分散混乱，然后读者的风险.

我沉思与阻抗变换器的实际例子的第三和最后一章，并与波导和谐振腔的文章后，立即继续.

正如你可能已经注意到我试图消除的数学论文与图纸和实际的例子替换它们.

随着LT SPICE仿真器, 而在功能限制, 仍设法给原始数据，并以正确的方式解释, 可以相比，这将明确昂贵的专业模拟器.

由衷的感谢您给公众利维奥其与LT香料显著帮助.

问候AMILCARE